JP5154724B2 - Mutant luciferase - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は新規なタンパク質、詳細には対応する野生型酵素と比較して特徴的な性質を示す変異型ルシフェラーゼ酵素、これらのタンパク質をエンコードするDNA、アッセイにおけるこれらの酵素の使用、およびこれらを含む試験用キットに関する。
【0002】
ホタルのルシフェラーゼは、ATP、Mg2+、および分子状酸素の存在下でルシフェリンの酸化を触媒し、その結果光を生み出す。この反応は、約0.88の量的収率を有する。この発光性が、ATPレベルが測定される、広範囲の照度アッセイにおける使用につながる。このようなアッセイの例には、EP−B−680515およびWO96/02665の記載に基づくアッセイがあるが、他の多くのアッセイも研究室において日常的に使用されている。
【0003】
昆虫の身体、特にホタルまたはツチボタルなどの甲虫から、ルシフェラーゼを直接得ることができる。ルシフェラーゼがそこから得られている特定の種には、日本のGENJIまたはKEIKEホタル、Luciola cruciataおよびLuciola lateralis、東ヨーロッパのホタルLuciola mingrelica、北アメリカのホタルPhotinus pyralis、およびツチボタルLampyris noctilucaがある。
【0004】
しかしながら、これらの酵素をエンコードしている遺伝子の多くはクローン化および配列決定されており、組換えDNA技術を使用して生成させることもできる。酵素をエンコードしている組換えDNA配列を使用して、大腸菌などの微生物を形質転換し、したがってこれが所望の酵素産物を発現する。
【0005】
研究室におけるアッセイにおいて使用されるとき、これらの酵素によって発せられる光の色は非常に似通っている。波長が変えられれば、特定の検出器によってより容易な読み取りのために、またはたとえば同じサンプル中の異なるエベントを監視するために多数のレポーターが必要なシステムにおいて使用するために、役に立つであろう。レポーター分子を区別する1つの方法は、特定の波長で光を発するルシフェラーゼ分子を使用することである。異なる種の甲虫またはツチボタルに由来するルシフェラーゼを含むレポーター分子を使用することによって、このことを達成することができる。しかしながら、組換えDNA技術を使用して変異型ルシフェラーゼを生成することが代替的な戦略であり、その結果シグナルの波長のバリエーションを生み出す。このような変異体の例は、WO95/18853において提供されている。
【0006】
さらに、野生および組換え型のルシフェラーゼの熱安定性は、それらが約30℃を超える温度、特に35℃を超える温度にさらされると、非常に急速に活性を失うようなものである。酵素が高い周囲温度で使用または保存されると、またはたとえば反応速度を増大させるために高温の反応条件下でアッセイが行なわれると、この不安定性は問題を引き起す。
【0007】
熱安定性が増大した変異型ルシフェラーゼは、EP−A−524448およびWO/95/25798から知られている。これらの第1のものは、日本のホタルのルシフェラーゼ中の位置217において変異(詳細にはスレオニン残基がイソロイシン残基で置き換えられている)を有する、変異型ルシフェラーゼを記載している。後者のものは、Photinus pyralis、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisからのルシフェラーゼと60%を超える類似性を有する変異型ルシフェラーゼを記載しているが、Photinus pyralisの残基354またはLuciola種の356に対応するアミノ酸残基がグルタメート以外に変異しており、詳細にはグルタメート、アスパルテート、プロリンまたはグリシン以外に変異している。
【0008】
同時係属の英国特許出願No.9823468.5およびそれに由来する国際特許出願は、このような変異体をさらに記載している。この場合、ルシフェラーゼ活性があり、Photinus pyralis、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralis酵素などのルシフェラーゼからの野生型ルシフェラーゼと少なくとも60%の類似性を有するタンパク質が記載されているが、これらのタンパク質はタンパク質中のさまざまな位置に、特に以下のものを含めた変異を含む。
【0009】
(a)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基214、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼの残基216に対応するアミノ酸残基、または
(b)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基232、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼの残基234に対応するアミノ酸残基、または
(c)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基295、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼの残基297に対応するアミノ酸残基。
【0010】
本出願人は、ルシフェラーゼタンパク質中の異なる位置でアミノ酸を変異させる(または導入する)ことによって、発せられる光の波長の大きなシフトを得ることができることと、および/または酵素の熱安定性が改善されることを発見した。さらに、グローキネティクスが妨げられているインビボでのアッセイにおいて、またはCoAまたは他の「グローキネティクス誘導」化合物が存在しないインビトロアッセイにおいて、発せられるプロトンの流れが改善され酵素がより適合し得る。
【0011】
本発明は、ルシフェラーゼ活性、および野生型ルシフェラーゼと少なくとも60%の類似性を有する組換えタンパク質を提供する。この酵素の配列中において、Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基357に対応するアミノ酸残基が対応する野生型ルシフェラーゼと比較して変異しており、その結果そのルシフェラーゼ酵素は、対応する野生型ルシフェラーゼと比較して異なる波長の光を発することができ、および/または対応する野生型ルシフェラーゼと比較して熱安定性が向上している。
【0012】
本発明の組換え体の基本部分を形成することができる野生型ルシフェラーゼ配列にはPhotinus pyralis、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralis、Hotaria parvula、Pyrophorus plagiophthalamus Lampyris noctiluca、Pyrocoelia miyako、Photuris pennsylvanicaまたはPhrixothrix(railroad−worms Biochem.38(1999)8271−8279を参照のこと)がある。
【0013】
基質D−ルシフェリン(4,5−ジヒドロ−2−〔6−ヒドロキシ−2−ベンゾチアゾリル〕−4−チアゾールカルボン酸)を使用して、発光を生み出すことができる種からの生物発光酵素は、本発明の変異型酵素の基本部分を形成することができる。
【0014】
本発明の組換え体の基本部分を形成することができる特定の野生型ルシフェラーゼ配列にはPhotinus pyralis、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralis、Hotaria parvula、Pyrophorus plagiophthalamus Lampyris noctiluca、Pyrocoelia miyakoおよびPhoturis pennsylvanicaがある。
【0015】
詳細には、このルシフェラーゼはPhotinus pyralis、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisの酵素から得られる酵素である。Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisの酵素では、適切なアミノ酸残基は配列中の位置359に存在する。
【0016】
さまざまなルシフェラーゼすべての配列によって、これらは、これらの間で高い類似性を有して高度に保存されていることが示されている。このことは、配列を調べることによって、酵素配列間の対応する領域を容易に決定することができ、最も類似な領域を検出できることを意味するが、必要ならば、さまざまな配列間の対応する領域または個々のアミノ酸を決定するために、市販のソフトウェア(たとえばUniversity of Wisconsin Genetics Computer Groupからの「Bestfit」;Devereux他(1984)Nucleic Acid Research 12:387−395を参照のこと)を使用することができる。あるいはまたはさらに、この酵素の配列およびナンバリングを示し、本出願に関してこのナンバリングシステムを使用する、L.Ye他のBiochim.Biophys Acta 1339(1997)39−52を参照することによって対応する酸を決定することができる。
【0017】
Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基357に対応するアミノ酸残基の可能な変化に関して、大部分の野生型配列はこの位置に酸残基(アスパラギン酸またはグルタミン酸)を有する。この例外はPhoturis pennsylvanicaのある形のルシフェラーゼであり、これにおいては、対応する残基(355)は非極性残基バリンであり、またはPhrixothrixのある形のルシフェラーゼでは、この場合対応する位置はPvGRまたはPhRE中のV354であり、L354ロイシンである。したがって一般に、この位置で置換アミノ酸として使用されるアミノ酸は、アスパラギン酸、グルタミン酸、バリンまたはロイシン以外である。
【0018】
したがって、多くの場合、酸性アミノ酸残基は、リジンまたはアルギニンなどの塩基性アミノ酸、ロイシン、バリンまたはイソロイシンなどの非極性アミノ酸、チロシン、アスパラギン、グルタミン、フェニルアラニン、セリン、トリプトファンまたはスレオニンなどの帯電していない極性アミノ酸を含めた酸性ではない残基で置き換えられる。特に、チロシン、アスパラギン、セリンまたはスレオニンなどの帯電していない極性アミノ酸でこれを置き換えることができる。この位置での置換に関して特に好ましいアミノ酸残基は、チロシン、フェニルアラニンまたはトリプトファンであり、チロシンが最も好ましい。一般的に言うと、この位置での芳香族残基によって最大のシフトが生じ、熱安定性を保つこともできる。
【0019】
野生型配列が酸性ではないアミノ酸残基をこの位置に含む場合、これらを酸性ではない異なる残基に適切に変異させる。
【0020】
このようにして酵素を変異させることによって、ルシフェラーゼによって発せられる光の波長が、ある場合はスペクトルの赤端に向かって50nmまでシフトすることが分かった。このように、D357Y変異型Photinus pyralisルシフェラーゼは、562nmの波長で発光する野生型酵素と比較して、約612nmの波長で発光する。
【0021】
50nmという波長のシフトは、この強度のシフトはスペクトル的に容易に決定することができるから、アッセイ用途において使用するためのかなりの能力を有する。たとえばWO95/18853に記載されているように、遺伝子発現の研究では異なる色のルシフェラーゼをレポーター分子として使用することができ、これによって2つ以上の遺伝子を同時に監視することが可能になる。標識としてルシフェラーゼを用いて、多数の検体試験を行うこともできる。
【0022】
この場合の光が深い赤色であるという事実は、アッセイ法において特に有用である。光の短い波長を吸収することができる色素または他の化合物を含むATPに関する溶液を分析するとき、赤色の変異体が有用であろう。たとえば、赤色の溶液は赤色の光を吸収しないであろう。しばしばこのような分析の対象となる赤色の溶液の例には、赤色のpH指標物を含む可能性がある血液サンプルまたは真核細胞培養培地の溶液がある。
【0023】
ルシフェラーゼなどの比色剤の混合物を使用するとき、特にサンプル中の他の試薬が緑のシグナルを生成する場合には、深い赤色のシグナルを生成させる能力が有用であろう。光電極スペクトル分析において使用する光電子増倍管をセットして、1つのサンプル中で生み出される1つまたは2つのピークを検出することができる。言い換えれば、同じサンプル中で、赤色からの光量子の流れと緑色のエミッターを区別することが可能である。
【0024】
さらに、補因子補酵素A(CoA)の存在によって、波長のシフトが影響を受け得ることが分かった。この特長によって、補因子についてのアッセイにおいてこの酵素を使用することができる可能性が生じる。
【0025】
以下に記載するように、発光される光のインビトロでのスペクトルに対する補因子補酵素Aの影響を調べた。補酵素Aの濃度が増大すると、スペクトルの分布が変化し、CoAの最大濃度において、610nmの明確なピークを有する590〜630nmの領域の波長がスペクトルの主となる。
【0026】
したがって、本発明の他の態様によれば、CoAのサンプル中の存在を判定するためのアッセイが提供される。このアッセイは、CoAを含む疑いのあるサンプルに前述のルシフェラーゼと共にルシフェラーゼ/ルシフェリン反応を引き起こすために必要とされる他の試薬を加えること、サンプルから発光される光の波長を測定すること、およびこれをCoAの存在または不在と関連付けることを含む。
【0027】
このようなアッセイは、細胞の、たとえば微生物または真核細胞の成長または活性の状態の検出において有用であり得る。
【0028】
たとえば、大腸菌細胞中のCoAの濃度は比較的高く、代謝状況により大幅に変化する。発光の波長はCoAの濃度に応じて変化するので、本発明の変異型酵素を使用して、生物の代謝状況、特にインビボでのCoAの濃度を監視することができる。このようなアッセイは、CoAが抗生物質(たとえばストレプトミセス)の生成における重要な主要代謝産物である状況において、特に有用であり得る。細胞のCoA濃度は、また脂肪酸の生合成の重要な指標であり、また細胞の飢餓状況により変化する。発ガンおよび糖尿病などのいくつかの代謝障害は、脂肪酸の代謝産物の異常、したがって異常なCoAレベルを示す。このような状態の診断において、本発明のアッセイを使用することができる。たとえば、アッセイ中で使用する本発明のルシフェラーゼから発せられる光の波長を測定することによって、患者からの血液サンプルなどの細胞サンプルおよびCoAレベルを測定することができる。この結果を健康な細胞のサンプルから得られた結果と比較して、波長が変化して、変化したCoAレベルが存在するかどうか測定することができる。これは、患者の疾患状態の指標であり得る。アッセイの前に、知られている溶解剤を使用して細胞を適切に溶解させる。
【0029】
位置357のアミノ酸残基は補酵素Aの結合部位と重大な関連があると信じられている。ルシフェラーゼ酵素の表面が1オングストローム(Å)の分解能まで輪郭が示されて(Tripos Ltd.のSYBL protein nodelling softwareを使用して)、小さな極性ポケットが見い出された。このポケットは残基H310、E354およびD357によって内側を覆われているようであり、8から10Åであると測定される。分子の上部から見ると、このポケットは残基H310、E354、D357およびI232によって内側を覆われている大きなポケットの一部分であるようである。残基H310およびE354は裂け目を越えてブリツジを形成しているようであり、2つの小さなポケットの外観を与えている(図8を参照のこと)。
【0030】
理論によって縛られることなく、この酵素が溶液中にあるとき、このブリッジ残基は切り離れるほどに充分に柔軟であり、CoA結合を可能にするより大きなポケット(深さ12Åまで、幅8Åまで)を提供するようにみえる。このことは、エネルギー計算と一致する。
【0031】
本発明のホタルのルシフェラーゼの変異体を発現する大腸菌細胞を異なる炭素源上で成長させると、インビボでの発せられる光のスペクトルの変化が観察された。富化培地(LB)から、唯一の炭素源としてアセテートまたはグルコースを有する限定最小培地への変換により、発せられる光は長い波長にシフトし、より短い波長からの貢献が減少した。このことは、発せられる光の波長を調節する、アッセイ目的のための他の手段を提供しよう。
【0032】
このタンパク質中の357位置の変異は、向上した熱安定性を生じることが分かった。
【0033】
このタンパク質のルシフェラーゼ活性が著しくは損ねられなければ、このタンパク質は配列中に他の変異を含んでもよい。この変異は酵素の性質を適切に向上させるか、またはある程度酵素を所望の目的に、より良く適合させる。このことは、変異が熱安定性および/またはカラーシフトの性質、および/またはこの酵素のATPに対するKmが向上させることを、意味しよう。カラーシフトを生じさせる変異の例は、WO95/18853に記載されている。Km値に影響を与える変異は、たとえばWO96/223776および国際特許出願No.PCT/GB98/01026に記載されている。
【0034】
一般に、諸性質の変化の点において、変異の影響は追加的なものであることが分かった。
【0035】
本発明の変異型ルシフェラーゼは、野生型ルシフェラーゼと比較して熱安定性を増大させる他の特定の変異を含んでもよい。詳細には、
(a)Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸354(Luciolaのルシフェラーゼ中の356)に対応するアミノ酸残基が変異している、
(b)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の位置215または(Luciolaのルシフェラーゼ中の217)に対応するアミノ酸残基が、異なる疎水性アミノ酸である、
(c)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基214またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼの残基216に対応するアミノ酸残基、
(d)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基232またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼの残基234に対応するアミノ酸残基、
(e)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基295またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼの残基297に対応するアミノ酸残基、
(f)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中のアミノ酸14、またはLuciola mingrelicaの残基16、またはLuciola cruciataまたはLuciola lateralisの17に対応するアミノ酸残基、
(g)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中のアミノ酸35、またはLuciola mingrelicaの残基37、またはLuciola cruciataまたはLuciola lateralisの残基38に対応するアミノ酸残基、
(h)Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸残基105、またはLuciola mingrelicaの残基106、Luciola cruciataの107、またはLuciola lateralis遺伝子の108に対応するアミノ酸残基、
(i)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中のアミノ酸残基234またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisの残基236に対応するアミノ酸残基、
(j)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中のアミノ酸残基420またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisの残基422に対応するアミノ酸残基、
(k)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中のアミノ酸残基310またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisの残基312に対応するアミノ酸残基、
の少なくとも1つが対応する野生型配列中にあるアミノ酸と異なり、このルシフェラーゼ酵素は、野生型ルシフェラーゼのこの位置での対応アミノ酸を有する酵素と比較して、増大した熱安定性を有する。
【0036】
このように、本発明のタンパク質の好ましい例は、2つ以上のアミノ酸が、たとえば100個までのアミノ酸残基が、好ましくは40個を超えないアミノ酸が、より好ましくは30個までのアミノ酸が、適切な野生型酵素中の対応する位置のアミノ酸と異なる変異した野生型ルシフェラーゼである。
【0037】
したがって、好ましい一実施形態では、本発明のタンパク質はPhotinus pyralisのルシフェラーゼを含み、前述の357位置の変異に加えて、以下のものを少なくとも1つ含む。
【0038】
(a)Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸354に対応するアミノ酸残基がグルタメート以外である、
(b)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の位置215に対応するアミノ酸残基がアラニン以外の疎水性アミノ酸である、
(c)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基214に対応するアミノ酸残基がスレオニン以外である、
(d)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基232に対応するアミノ酸残基がイソロイシン以外である、
(e)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基295に対応するアミノ酸残基がフェニルアラニン以外である、
(f)Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸14に対応するアミノ酸残基がフェニルアラニン以外である、
(g)Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸35に対応するアミノ酸残基がロイシン以外である、
(h)Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸残基105に対応するアミノ酸残基がアラニン以外である、
(i)Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸残基234に対応するアミノ酸残基がアスパラギン酸以外である、
(j)Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸残基420に対応するアミノ酸残基がセリン以外である、
(k)Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸残基310に対応するアミノ酸残基がヒスチジン以外である。
【0039】
あるいは、本発明のタンパク質は、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralis酵素のタンパク質のルシフェラーゼ配列を含み、前述の359位置の変異に加えて、以下のものを少なくとも1つ含む。
【0040】
(a)Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸356に対応するアミノ酸残基がグルタメート以外である、
(b)Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の位置215に対応するアミノ酸残基がアラニンまたはスレオニン以外の疎水性アミノ酸である、
(c)Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼ中の残基216に対応するアミノ酸残基がグリシン(Luciola mingrelicaベースの配列の場合)またはアパラギン(Luciola cruciataまたはLuciola lateralisベースの配列の場合)以外である、
(d)Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼ中の残基234に対応するアミノ酸残基がセリン以外である、
(e)Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼ中の残基297に対応するアミノ酸残基がロイシン以外である、
(f)Luciola mingrelicaのアミノ酸16、またはLuciola cruciataまたはLuciola lateralisのアミノ酸17に対応するアミノ酸残基がフェニルアラニン以外である、
(g)Luciola mingrelicaの残基37、またはLuciola cruciataまたはLuciola lateralisの38に対応するアミノ酸残基がリジン以外である、
(h)Luciola mingrelicaのアミノ酸残基106、またはLuciola cruciataのアミノ酸残基107、またはLuciola lateralisのアミノ酸残基108に対応するアミノ酸残基がグリシン以外である、
(i)Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのアミノ酸残基236に対応するアミノ酸残基がグリシン以外である、
(j)Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisの残基422に対応するアミノ酸残基がスレオニン以外である、
(k)Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのアミノ酸残基312に対応するアミノ酸残基がスレオニン(Luciola mingrelicaベースの配列の場合)またはバリン(Luciola cruciataまたはLuc
【0041】
いずれの場合も、熱安定性を向上させる特定の置換アミノ酸を、以下に例示する一般的な方法によって決定することができる。それぞれの場合において、異なる置換が熱安定性を向上させ得よう。当業者によって理解されるように、置換は、元のタンパク質または適切に変異したタンパク質をエンコードしているDNAの部位特異的変異によって行い得る。この場合本発明は、熱安定性を伴う位置の特定を伴っている。
【0042】
しかしながら、一般に、野生型のアミノ酸と異なる性質のアミノ酸に置換することを考慮することが望ましいであろう。したがって、親水性アミノ酸残基を疎水性アミノ酸残基で置換することができるのが好ましい場合もある(逆も然り)。同様に、酸性アミノ酸残基を塩基性残基で置換することができる。
【0043】
たとえば、このタンパク質は、ルシフェラーゼ活性、およびPhotinus pyralis、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralis酵素からのルシフェラーゼと少なくとも60%の類似性を有するタンパク質を含んでよい。この酵素の配列中では、以下の少くとも一つが変異され、
(a)Photinus pyralisのルシフェラーゼの残基214、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼの残基216に対応するアミノ酸残基が変異され、およびPhotinus pyralisのルシフェラーゼの場合はスレオニン以外である、または
(b)Photinus pyralisのルシフェラーゼの残基232、およびLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼの残基234に対応するアミノ酸残基が変異され、Photinus pyralisのルシフェラーゼの場合はイソロイシン以外である、または
(c)Photinus pyralisのルシフェラーゼの残基295、およびLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼの残基297に対応するアミノ酸残基が変異され、たとえばPhotinus pyralisのルシフェラーゼの場合はフェニルアラニン以外である。このルシフェラーゼ酵素は、野生型ルシフェラーゼと比較して熱安定性が増大している。
【0044】
さまざまなルシフェラーゼのすべての配列は、これらはそれらの間で高い類似性を有し、高度に保存されていることを示している。これは、この配列間の対応する領域は、この配列を調べることによって容易に決定することができ、最も類似の、領域を検出できることを意味する。しかし、必要ならば、市販のソフトウェア(たとえばUniversity of Wisconsin Genetics Computer Groupからの「Bestfit」;Devereux他(1984)Nucleic Acid Research 12:387−395を参照のこと)を使用して、さまざまな配列間の対応する領域または特定のアミノ酸決定することができる。あるいはまたはさらに、L.Ye他のBiochim.Biophys Acta 1339(1997)39−52を参照することによって対応する酸を決定することができる。
【0045】
Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基214に対応するアミノ酸残基の可能な変化について、極性アミノ酸スレオニンが、アラニン、グリシン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファンまたはシステインなどの非極性アミノ酸で適切に置き換えられる。Photinus pyralis中の残基214に対応する、スレオニン残基に関する特に好ましい置換はアラニンである。より好ましい置換はシステインである。しかしながら、この位置のアスパラギンなどの異なる極性残基が、この位置にスレオニンを有する対応する酵素の熱安定性を向上させる可能性もある。野生型ルシフェラーゼ酵素中のこの位置に現れる他のアミノ酸にはグリシン(Luciola mingrelica、Hotaria parvula)、アスパラギン(Pyrophorus plagiophthalamus、GR、YG、YEおよびOR、Luciola cruciata、Luciola lateralis、Lampyris noctiluca、Pyrocelia miyako Photuris pennsylvanica LY、KW、J19)およびセリン(Phrixothix)がある。有利には、アラニンおよびシステインなどの非極性または異なる非極性側鎖でこれらを置換することができる。
【0046】
Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基232に対応するアミノ酸残基の可能な変化に関しては、非極性アミノ酸イソロイシンが、アラニン、グリシン、バリン、ロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファンまたはシステインなどの異なる非極性アミノ酸で適切に置き換えられる。野生型ルシフェラーゼ酵素中のこの位置に現れる他のアミノ酸には、セリンおよびアスパラギンがある。適切には、これらの極性残基が前述のような非極性残基で置換される。Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基232、およびLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisの基の部分の残基234に対応する残基に関する特に好ましい置換はアラニンである。
【0047】
Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基295、およびLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼ中の残基297に対応するアミノ酸残基の変化が、タンパク質の熱安定性に影響を及ぼそう(これはPhrixothixのルシフェラーゼ中の位置292に対応する。)。一般に、この位置のアミノ酸は、非極性アミノ酸フェニルアラニンまたはロイシンである。これらは、異なる非極性アミノ酸に、適切に変えられる。たとえばPhotinus pyralisでは、非極性アミノ酸フェニルアラニンが、アラニン、ロイシン、グリシン、バリン、イソロイシン、プロリン、メチオニン、トリプトファンまたはシステインなどの異なる非極性アミノ酸で適切に置き換えられる。Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基214に対応するフェニルアラニン残基に関する特に好ましい置換はロイシンである。
【0048】
Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸14、またはLuciolaのルシフェラーゼのアミノ酸16または17(Phrixothrixのルシフェラーゼの13)に対応するアミノ酸残基における変異も可能である。このアミノ酸残基(通常はフェニルアラニンであるが、ロイシン、セリン、アルギニンまたはある場合はチロシンであってもよい)を異なるアミノ酸、特にアラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、メチオニンまたはトリプトファン、好ましくはアラニンなどの異なる非極性アミノ酸に適切に変化させる。
【0049】
Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸35、またはLuciola mingrelicaのルシフェラーゼのアミノ酸残基37(他のLuciola spp.中の38)に対応するアミノ酸残基における変異も効果的であろう。このアミノ酸は野生型酵素の間で変化し、ロイシン(Photinus pyralis)だけでなくリジン、ヒスチジン、グリシン、アラニン、グルタミンおよびアスパラギン酸をこの位置に含み得る。適切には、この位置のアミノ残基は、アラニン、バリン、フェニルアラニン、イソロイシン、プロリン、メチオニンまたはトリプトファンなどの非極性アミノ酸残基または異なる非極性アミノ酸で置換される。この位置の好ましいアミノ酸はアラニンであり、これは野生型酵素と異なる。
【0050】
Photinus pyralisの配列の位置14に対応するアミノ酸における変異、および/またはPhotinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸35に対応するアミノ酸残基における変異は、酵素中の唯一の変異ではないことが好ましい。
【0051】
これらは、前述の変異の他のもの、特にPhotinus pyralisのルシフェラーゼの位置214、395または232に対応する位置での変異を伴うことが適切である。
【0052】
Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基105、およびLuciola mingrelicaの残基106、またはLuciola cruciataの残基107、またはLuciola lateralisのルシフェラーゼ中の残基108(Phrixothix中の102)に対応するアミノ酸残基の変化が、タンパク質の熱安定性に影響を及ぼそう。一般に、この位置のアミノ酸は、非極性アミノ酸アラニンまたはグリシン、またはPhrixothix中のセリンである。これらは、異なる非極性アミノ酸に、適切に変化させる。たとえばPhotinus pyralisでは、非極性アミノ酸アラニンが、フェニルアラニン、ロイシン、グリシン、バリン、イソロイシン、プロリン、メチオニン、トリプトファンなどの異なる非極性アミノ酸で適切に置き換えられる。Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基105に対応するアラニン残基に関する特に好ましい置換はバリンである。
【0053】
Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基234、およびLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼ中の残基236(Phrixothix中の231)に対応するアミノ酸残基の変化が、タンパク質の熱安定性に影響を及ぼそう。一般に、この位置のアミノ酸は、アスパラギン酸またはグリシンであり、グルタミンまたはスレオニンである場合もある。これらは、非極性または適切な異なる非極性アミノ酸に、適切に変化させる。たとえば、Photinus pyralisでは、アミノ酸残基はアスパラギン酸であり、アラニン、ロイシン、グリシン、バリン、イソロイシン、プロリン、メチオニンまたはトリプトファンなどの非極性アミノ酸で適切に置き換えられる。Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基234に対応するフェニルアラニン残基に関する特に好ましい置換はグリシンである。グリシンなどの非極性アミノ酸残基がこの位置に存在する場合(たとえばLuciolaのルシフェラーゼ中で)、異なる非極性アミノ酸でこれを置換することができよう。
【0054】
Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基420、およびLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼ中の残基422(Phrixothixグリーン中の417およびPhrixothixレッド中の418)に対応するアミノ酸残基の変化は、タンパク質の熱安定性に影響を及ぼそう。一般に、この位置のアミノ酸は、帯電していない極性アミノ酸セリンまたはスレオニンまたはグリシンである。これらは、異なる帯電していない極性アミノ酸に、適切に変化させる。たとえば、Photinus pyralisではセリンを、アスパラギン、グルタミン、スレオニンまたはチロシン、特にスレオニンで適切に置き換えることができよう。
【0055】
Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基310、およびLuciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisのルシフェラーゼ中の残基312に対応するアミノ酸残基の変化は、タンパク質の熱安定性に影響を及ぼそう。この位置のアミノ酸残基は、知られているルシフェラーゼタンパク質の間で変化し、Photinus pyralis、Pyrocelia miyako、Lampyris noctilucaおよびある形のPhoturis pennsylvanicaのルシフェラーゼではヒスチジン、Luciola mingrelica、Hotaria parvulaおよびPhrixothix(この場合それはアミノ酸307である)のルシフェラーゼではスレオニン、Luciola cruciataおよびLuciola lateralisではバリン、およびある種のPyrophorus plagiophthalamusのルシフェラーゼではアスパラギンである。したがって、一般に、この位置のアミノ酸は、酵素の熱安定性を増大させる異なるアミノ酸残基に変化させ得る親水性アミノ酸である。Photinus pyralisのルシフェラーゼ中の残基310に対応するヒスチジン残基に関する特に好ましい置換はアルギニンである。
【0056】
他の変異がこの酵素中に存在してもよい。たとえば好ましい実施形態では、タンパク質は、グルタメートから変化した、Photinus pyralisのルシフェラーゼのアミノ酸354(Luciolaのルシフェラーゼ中の356)に対応するこの位置でのアミノ酸残基を有し、特にグリシン、プロリンまたはアスパラギン酸以外のアミノ酸へ変化したこの位置でのアミノ酸も有する。適切にはこの位置のアミノ酸はトリプトファン、バリン、ロイシン、イソロイシンおよびアスパラギンであり、最も好ましくはリジンまたはアルギニンである。この変異はWO95/25798中に記載されている。この位置の疎水性残基は、この酵素の波長シフトを向上させることが分かっており、さらに、位置354における大きな疎水性(VまたはI)、極性(N)または正に帯電している(KまたはR)アミノ酸の存在は熱安定性を向上させる。
【0057】
他の実施形態では、EP−A−052448に記載されているように、このタンパク質は、Luciolaルシフェラーゼ中のアミノ酸217(Photinus pyralis中の215)に対応する位置において、疎水性アミノ酸に、特にイソロイシン、ロイシンまたはバリンに変化したアミノ酸を有している。
【0058】
本発明のタンパク質は、野生型および組換えルシフェラーゼ酵素の両方を含む。これらは、野生型酵素中に存在する少なくとも60%のアミノ酸が本発明のタンパク質中に存在するという意味で、Photinus pyralis、Luciola mingrelica、Luciola cruciataまたはLuciola lateralisの酵素の配列などの野生型配列と少なくとも60%の類似性を有する。このようなタンパク質は、前述の野生型酵素とより大きな類似性、詳細には少なくとも70%、より好ましくは少なくとも80%および最も好ましくは少なくとも90%を有し得る。類似なタンパク質はこのタイプであり、対立遺伝子変異体、他の昆虫種からのタンパク質、および組換えによって生成された酵素を含む。野生型酵素をエンコードしている配列とストリンジエントハイブリダイゼーション条件下でハイブリダイズする核酸によってエンコードされている点で、これらのタンパク質は容易に同定することができる。このような条件は当業者によってよく理解されていよう。たとえばSambrook他(1989)Molecular Cloning、Cold Spring Harbor Laboratory Pressの中で例示されている。一般的に、低ストリンジェンシー条件はほぼ周囲温度から約65℃での3×SCC、高ストリンジェンシー条件は約65℃での0.1×SCCとして定義される。SSCは0.15M NaCl、0.015Mクエン酸三ナトリウムのバッファーの名前である。3×SCCはSSCなどの3倍強い。
【0059】
詳細には、LipmanおよびPearsonによって記載されている多重アラインメント法(Lipman、D.J.and Pearson、W.R.(1985)Rapid and Sensitive Protein Similarity Searches、Science、vol227、pp1435−1441)を使用して、特定の配列と本発明の配列との類似性を評価することができる。「最適化した」パーセンテージスコアは、Lipman−Pearsonアルゴリズムについて以下のパラメータを用いて計算すべきである。ktup=1、ギャップペナルティ=4およびギャップペナルティレングス=12。類似性を評価するための配列は「試験配列」として使用すべきであり、これは、Photinus pyralisの配列またはYe他に記録されている任意の他の配列などの比較用の塩基配列を、最初にこのアルゴリズムに入れるべきであることを意味する。
【0060】
本発明のタンパク質の特定の例は、前述の1つまたは複数の変異を有する野生型ルシフェラーゼ配列である。
【0061】
さらに本発明は、前述のルシフェラーゼをエンコードしている核酸を提供する。適切には、この核酸は当分野でよく知られる野生型配列をベースとする。アミノ酸配列中の所望の変異を行うための適切な変異は、遺伝コードの知識に基づいて容易に明らかであろう。
【0062】
本発明の好ましい実施形態では、核酸は合成遺伝子である。適切には、合成遺伝子を工作して、高度に発現された遺伝子中ではほとんど見られないコドンを大腸菌などの一般的な発現宿主から取り除き、これと同時に甲虫のルシフェラーゼをコードしている遺伝子中ではほとんど見られないコドンの導入を避ける。この手法は、この新しい遺伝子は大腸菌および昆虫の発現系の両方に最適なコドン使用を有することを確実にする。
【0063】
たとえば、可能なかぎり、アミノ酸arg、leu、ile、glyおよびproのコドンを、CGTまたはCGC(arg)、CTG、CTTまたはCTC(leu)、ATCまたはATT(ile)、GGTまたはGGC(gly)、およびCCG、CCAまたはCCT(pro)に変化させ、したがって希なコドンが取り除かれる。以下(配列番号1)および図14に例示する合成遺伝子の場合、これによって62個の新しく一般的なコドン(全体の11%)を生み出す合計139のサイレント変異を生じた。図14に示す最初の8個のヌクレオチドは、リボゾーム結合部位の一部を形成し、したがってコードしていない。コード配列は、上向き矢印によって示されるメチオニン残基で始まる。このコード配列および非常に類似した配列、たとえば少なくとも90%の類似性、好ましくは95%の類似性を有する配列は、本発明の好ましい態様を形成する。
【0064】
合成アセンブリを生成するときに使用することができる他の有用な性質は、新しい独特な制限部位の導入である。これらの部位は遺伝子の変異誘発、特にコンビナトリアルカセット変異をより簡単でより効率的にする。詳細には、酵素中にサブドメインBをコードするcDNA内に、独特な制限部位を作製することが望ましいであろう。さらに、遺伝子の3’端部に独特な制限部位を作製して、ペルオキソーム標的配列の簡単な融合および/または除去を可能にすることが有利であろう。
【0065】
以後に示す例では、9つの新しい独特な制限部位を工作し(大部分遺伝子の中央の3番目)、独特なHind III部位を遺伝子の3’端部に生成させ、簡単なC末端融合を可能にした(図12)。
【0066】
最後に、合成遺伝子の使用は、遺伝子産物の熱安定性を増大させるための、またはそうでない場合は産物の性質を望むように改変するための、変異の導入を可能にする。たとえば、以後に示す実施例では、サイレントではない3つの変異を工作して、熱安定アミノ酸の変化T214C、E354KおよびD357Fをポリペプチドに導入した。
【0067】
本発明の核酸を、プロモーター、エンハンサー、ターミネーターなどの調節要素の調節下で、プラスミドなどの発現ベクターに適切に導入する。次いでこれらのベクターは、宿主細胞、たとえば植物または動物細胞などの原核または真核細胞(詳細には大腸菌などの原核細胞である)を形質転換させるために、細胞が所望のルシフェラーゼ酵素を発現するように使用することができる。当分野でよく知られる条件を使用して、このようにして形質転換した細胞を培養することによりルシフェラーゼ酵素が生成されよう。次いでこれを培養培地から分離することができる。細胞が植物細胞または動物細胞である場合、前記細胞から植物または動物を繁殖させることができる。したがって植物からタンパク質を抽出することができ、トランスジェニック動物の場合は、ミルクからタンパク質を回収することができる。ベクター、形質転換した細胞、トランスジェニック植物および動物、およびこれらの細胞を培養することによって酵素を生成させる方法は、いずれも本発明の他の態様を形成する。
【0068】
以下に記載するように、ランダム突然変異誘発によって、Photinus pyralisD357Y突然変異型ルシフェラーゼを作製した。D357Yの1点での変異は発せられる光の波長の大きなカラーシフトを生み出し、また野生型ルシフェラーゼより熱安定性が高いことが分かった。さらなる調査によって、この位置でのある範囲の置換によって優れた熱安定性、および/または大きなカラーシフトが生み出さることが明らかになっている。
【0069】
本発明の範囲内に入るPhotinus pyralisの変異型酵素の特定の例には以下のもの、または、他の種のルシフェラーゼであれば、これらの任意の均等物がある。
【0070】
【表1】
【0071】
上記変異体を作製するための変異は、部位特異的変異法、(PCR)またはコンビナトリアルカセット変異によって、プラスミドpET23上のルシフェラーゼ遺伝子に導入した。適切な変異を行うための、PCR反応に加えられたオリゴヌクレオチドは以下に示す。
【0072】
354および215位置での点変異の影響は追加的なものであることが以前に報告している。本発明は、3つ以上のこのような変異を組み合わせる可能性を提供して、大きなカラーシフトを有する変異型酵素中における高い熱安定性を提供する。
【0073】
本発明のルシフェラーゼタンパク質は、シグナル手段としてルシフェラーゼ/ルシフェリン反応を使用するいかなる生物発光アッセイにおいても、有利に使用できよう。文献中で知られている多くのこのようなアッセイが存在する。したがって、このようなアッセイを行う目的で作製されたキット中このタンパク質が含まれよう。場合によってはルシフェリンおよび特定のアッセイを行うために必要とされる任意の他の試薬も含まれる。
【0074】
ここで本発明を、例示として添付の図面を参照することによって詳細に記載する。
【0075】
図1は、残存活性%対本発明によるいくつかの変異型酵素の45℃でのインキュベーションの時間を示す対数グラフである。
【0076】
図2は、D−ルシフェリンを有するクエン酸バッファー中で、ルシフェラーゼ酵素を発現する大腸菌細胞をインキュベートすることによって得られたスペクトルのピークを示す。この場合、使用した酵素は(a)組換え野生型Photinus pyralisのルシフェラーゼ、(b)D357K変異型、(c)D357N変異型、(d)D357W変異型、(e)D357I変異型、(f)D357F変異型、(g)D357Y変異型および(h)二重変異型E354I+D357Yである。
【0077】
図3は、残存活性%対3つの変異型酵素E354I、D357Yおよび二重変異型(DM)E354I/D357Yの時間を示すグラフである。
【0078】
図4は、(a)組換え野生型酵素および(b)二重変異型(DM)E354I/D357Yの発光スペクトルを示す。
【0079】
図5は、組換え野生型(◆)r−wtおよびD357K変異型酵素(■)の光量子発光の速度減衰を示すグラフである。
【0080】
図6は分子モデル図を示し、ルシフェラーゼ酵素中の考えられるCoA結合ポケットを示す。
【0081】
図7は、(a)LB上で成長させた、(b)最小培地および酢酸ナトリウム上で成長させた、(c)最小培地およびグルコース上で成長させた、変異体P.pyralisルシフェラーゼD357Yを発現する大腸菌細胞によって発せられたインビボでの生物発光スペクトルを示す。
【0082】
図8は、(a)LB上で成長させた、(b)最小培地および酢酸ナトリウム上で成長させた、(c)最小培地およびグルコース上で成長させた、変異体P.pyralisのルシフェラーゼE354K/D357Mを発現する大腸菌細胞によって発せられたインビボでの生物発光スペクトルを示す。
【0083】
図9は、変異体P.pyralisルシフェラーゼD357Yによって発せられた光のスペクトル分布に対するCoAの影響を示すグラフである。
【0084】
図10は、変異体P.pyralisルシフェラーゼD357Yによって発せられた光のスペクトル分布に対するCoAの影響の正規化したデータを示すグラフである。
【0085】
図11は、変異体P.pyralisルシフェラーゼE354I/D357Yによって発せられた光のスペクトル分布に対するCoAの影響(図11a)および正規化したデータ(図11b)を示すグラフである。
【0086】
図12は、合成ルシフェラーゼ遺伝子の構築において使用された制限部位の修飾を示す。
【0087】
図13は、ルシフェラーゼ遺伝子の合成において使用された構築体を示す。
【0088】
図14は、合成ルシフェラーゼ遺伝子のcDNA配列(配列番号1)(リボソーム結合部位の一部を形成し、コードしていないヌクレオチド1〜8を含む)、および上向き矢印で示されたメチオニン残基で始まるエンコードされているアミノ酸配列(配列番号2)を示す。
【0089】
図15は、合成遺伝子によってエンコードされている変異体を含む、変異体の50℃における熱安定性を示す。
【0090】
実施例1
変異型ルシフェラーゼの同定および特徴付け
エラープロンPCR〔M.Fromant他、Anal.Biochem.(1995)224、347−353〕を使用して作製した、ホタル(Photinus pyralis)ルシフェラーゼの2つのライブラリーを調製した。完全長のluc遺伝子のエラープロンPCR産物からなる1つのライブラリーを、T7発現系pET23aにクローン化した(Novagen Inc.、Madison、WI、U.S.A)。199〜35個のアミノ酸をカバーする、luc遺伝子の短い断片のエラープロンPCR産物からなる第2のライブラリーを、ベクターpBSK(+)中にクローン化した(Stratagene、La Jolla、CA、U.S.A)。
【0091】
pET23aライブラリーを、大腸菌菌株BL21(DE3)中で発現させた(大腸菌B F dcm ompt hsdS(rB −mB −)galλ(DE3))。
【0092】
pBSK(+)ライブラリーを、HB101 大腸菌細胞(supE44 aral4 galK2 lacY1 Δ(gpt−proA)62 rpsL20(Strr)xyl−5 mtl−1 recAl3 Δ(mrcC−mrr)HsdS−(r−m−))中で発現させた。pET23aおよびpBSK(+)は両方共にβ−ラクタマーゼの遺伝子を保有し、このプラスミドを有する大腸菌細胞にアンピシリン耐性を与える。
【0093】
BIORAD E.coli Pulserを使用するエレクトロポレーションによって、作製したライブラリーを用いて、大腸菌株細胞を形質転換させ、50μg/mlの濃度のアンピシリンを含むLB寒天上で37℃で一晩生育させた。細胞をナイロン膜(Osmonics、Minnetonka、Minnesota、U.S.A)に移し、ルシフェリン溶液(クエン酸ナトリウムバッファー100mM、pH5.0中に500μM D−ルシフェリン、カリウム塩、)をスプレーした。AlphImager(商標)1200DocumentationおよびAnalysis System(Flowgen、Lichfield、Staffordshire、UK)を使用して、コロニーを観察した。これによって特定の時間で発せられる生物発光が取り込まれて、コロニーによって発せられる光の像を生み出す。発光の明るさを、ルシフェラーゼの熱安定性の指標として記録した。
【0094】
次いで、熱安定性についてコロニーを選別した。発せられる光の明るさに基づいてコロニーを選択し、さらなる特徴付けのために単離した。いくつかの選別では、選別の前に大腸菌コロニーを42℃で2時間インキュベートし、その結果熱安定性の変異体を選択することができた。最初の選別から単離したコロニーをナイロン膜の上に載せ、アンピシリンを含むLB培地上で一晩生育させた。パッチをルシフェリン溶液でスプレーし、AlphImager(商標)中で観察した。この第2の選別は、ルシフェラーゼ活性のインビトロでの分析用のクローンを陽性に同定するのに役立った。可能性ある熱安定性酵素を発現する大腸菌のクローンを、ルシフェラーゼ活性および熱安定性についてインビトロでアッセイした。
【0095】
室温で、Promega Luciferase Assay System(Promega Corporation、Madison、WI、U.S.A)を使用して、ルシフェラーゼ活性についてインビトロでのアッセイを行った。
【0096】
粗細胞抽出物10μlをPromega Luciferase Assay Cocktail(1:2に希釈)に加えることによって、ルシフェラーゼ反応を開始させた。Biotrace M3 照度計を使用して、生じた生物発光を測定した。
【0097】
Promega technical bulletein no.101に記載されているように、粗細胞抽出物を調製した。細胞培養物溶解試薬(25mM トリスリン酸塩 pH7.8、2mM ジチオスレイトール(DTT)、2mM 1,2−ジアミノシクロヘキサン−N,N,N’,N’−テトラ酢酸、10%グリセロール、1%トリトン X−100、1.25mg/ml hen リソザイム)中で10分間かけて室温で、一晩培養した大腸菌のアリコートを溶解させた。次いで粗溶解物をアッセイ前に氷上に保存した。
【0098】
時間依存不活性化実験において、酵素の諸性質をさらに試験した。粗細胞抽出物のアリコート50μlを含むエッペンドルフチューブを、水浴中において所与の温度でインキュベートした。設定したいくつかのタイムポイントで、チューブを取り除きアッセイ前に氷上で冷却した。残存ルシフェラーゼ活性を、元の活性のパーセンテージとして表した。
【0099】
残存活性%対インキュベーション時間の対数グラフをプロットし、t1/2値を計算するために使用した。T1/2とは、酵素の、所与の温度でインキュベーション後の、その元の活性の50%を失うのにかかる時間のことである。残存活性%に対する時間の対数グラフから、37℃での粗抽出物中のT1/2値(活性が元の活性の50%に低下する時間)を決定した(示さず)。
【0100】
上に述べたように決定した最も熱安定性のあるルシフェラーゼを発現する大腸菌クローンからのプラスミドDNAを配列決定して、酵素の熱安定性を担う変異を決定した。
【0101】
QIAGEN QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN Ltd、Crawley、W.Sussex、UK)、次にミクロ遠心分離を使用するためのプロトコル(QIAprep Miniprep Handbook04/98)を使用して、プラスミドDNAを作製した。
【0102】
DNAの配列決定はすべて、ABI PRISM(商標)377 DNA Sequencerおよびジデオキシ鎖停止法〔F.Sanger他、Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A 74、(1977)5463−5467〕に基づくABI PRISM(商標)BigDye(商標)Terminator Cycle Sequencer Ready Reaction Kit(Perkin Elmer Applied Biosystems)を使用して、Babraham Technix、Cambridge、UKによって行った。
【0103】
この作業の結果、新規な変異体D357Yを特定した。
【0104】
ルシフェラーゼの結晶構造〔E.Conti他、Structure、4(1996)287−298〕は、位置357はタンパク質の表面に適合しており位置354に近く、熱安定性およびスペクトルの諸性質の両方に影響を及ぼす可能性があることを示す。これは、この領域は酵素の熱安定性の点で重要である可能性があることを示す。
【0105】
D357Yは非常に熱安定性のある変異体であって、最も熱安定性のあるルシフェラーゼであり、ただ1つのアミノ酸が変化している。
【0106】
実施例2
他の357変異体を作製するための部位特異的変異
357位置における異なる変異体を評価するために、Stratagene QuikChange(商標)Site−Directed Mutagenesis Kit(Stratagene、La Jolla、CA、U.S.A)を使用して、部位特異的変異を行った。プラスミドpPW601a J54(PJW、MoD Report、3/96)を、すべての部位特異的変異において使用した。変異誘発反応のすべての産物を、大腸菌菌株XL1−Blue〔e14−(mcrA−)Δ(mcrCB−hsdSMR−mrr)171 endA1 supE44 thi−1 gyrA96 relAl lac recB recJ sbcC umuC::Tn5(Kanr)uvrC〔F’proAB laclqzΔm15 Tn 10 (Tetr)Amy Camr〕に形質転換した。Sigma−Genosys Ltd.、Cambridge、UKによってオリゴヌクレオチドプライマーを合成し、インテリジェントドーピングシステム〔A.R Arkin他、Bio−technology、(1992)10、297−300、W、.Hung他、Anal.Biochem.(1992)10、454−457〕を使用して設計し、それぞれのアミノ酸置換に関する個々のプライマーを使用せずに、これを使用して縮重オリゴヌクレオチドプライマーを設計し、可能性ある変異体の群を作成した。
【0107】
このようにして、アミノ酸置換ルシフェラーゼ変異体のライブラリーを作成した。
【0108】
以下のオリゴヌクレオチド(およびその相補的なパートナー)を使用した。
【0109】
【化1】
【0110】
変異体のライブラリーを、前述のように熱安定性に関して選別した。以下の等式〔S.Climie他、J.Biol.Chem.265(1990)18776−18779〕を使用して、選別したコロニーの数を計算した。
【0111】
N=〔1n(1−p)〕/〔1n((n−1)/n〕
Nが選別されるコロニーの数の場合、nは標的位置における可能性あるコドンの数であり、Pは混合物中のそれぞれのコドンが、少なくとも1度の選別用にサンプル採取される確率である。この計算はP=0.95に基づいていた。部位特異的変異から得た変異体をルシフェラーゼ活性に関してアッセイし、時間依存熱不活性化実験において特徴付けした。
【0112】
このようにして望ましいとした変異体を、アンピシリンを含みA260?0.5の400mlのLB培地中で生育させた。次いでイソプロピルβ−チオガラクトシダーゼ(IPTG)を加え最終濃度1mMにすることによって、ルシフェラーゼ発現を誘導した。細胞を30℃で撹拌しながら3時間インキュベートし、次いで遠心分離によって採取した。生じた細胞のペレットを、Maxi−Scale Bacterial Protein Extractionに関するB−PER(商標)のプロトコルに従って、B−PER(商標)Protein Extraction Reagent、(Pierce Chemical Company、Rochford、U.S.A)10ml、DTT1mM中に再懸濁させて、粗抽出物を作成した。再構築Sigma Protease Inhibitor Cocktail、500μl(Product No.P8465、Sigma、Saint Louis、Missouri、U.S.A)をB−PER(商標)溶液に加えて、内生プロテアーゼを阻害した。次いで細胞の溶解物を、30000gで30分間遠心分離した。
【0113】
粗抽出物の上澄みを、硫酸アンモニウムを用いて分画した。30%と55%の間の飽和状態で沈殿した分画は、ルシフェラーゼ活性を含んでいた。この物質を0.5ml Tris HCl pH8.0、1mM DTTに再懸濁させ、熱不活性化およびスペクトルの実験用に使用した。
【0114】
変換D357L、T、V、W、R、I、S、K、NおよびFを導入した。粗抽出物のインビトロでの熱不活性化実験において、これらの変異体を特徴付けた。
【0115】
部分精製した抽出物を、熱不活性化バッファー:飽和した硫酸アンモニウム10%、1mMジチオスレイトールおよび0.2%BSAを含む50mM リン酸カリウムバッファー pH7.8中11に1の比率で希釈した。
【0116】
タンパク質溶液のアリコート110μlを、アッセイ前に設定した時間だけ40℃または45℃でインキュベートし、氷上で冷却した。次いでPromega Luciferase Assay Reagent(1:2に希釈)を使用して、実施例1に記載するようにルシフェラーゼ活性を測定した。
【0117】
その結果を表2および3、および図1中に示す。未精製抽出物のT1/2値を40℃(表2)および45℃(表3)において決定した。
【0118】
【表2】
【0119】
【表3】
【0120】
すべての置換が、組換え野生型と比較して、向上した熱安定性を示した。
【0121】
実施例3
発せられる光の波長の変化
位置357におけるアミノ酸置換が、インビトロで酵素によって発せられる光のスペクトルに影響を及ぼすことも観察した。実施例2に記載の大腸菌細胞培養物のアリコート(250μl)を37℃で一晩生育させ、ミクロ遠心分離においてスピンダウンさせ、上澄みを取り除いた。D−ルシフェリン150μlを含むクエン酸バッファー(pH5.0)中で、異なる変異型ルシフェラーゼを発現する細胞をインキュベートし、SPECTRAmax(登録商標)Microplate Spectrofluorometer、(Molecular Devices Crop.California、U.S.A)を使用して発光スペクトルを測定することによって、インビトロでの反応から発せられる光を分析した。変異体D357Y、FおよびIに関して、スペクトルのピークおよび波長の分布の大きな変化を観察した(図2(a)〜(g))。これらの結果を以下の表4に要約する。
【0122】
さらに、インビボでの変異体の発光を、暗室で肉眼によって評価した。D357変異体は、その発光スペクトルにおいてさまざまな色を示した。特にD357Y、FおよびIは、発せられる光のより長い波長への大幅なシフトを示した。
【0123】
ある場合(たとえばD357F)、光の発光の色の変化はλmaxのシフトによるだけでなく、可視光線の異なる波長からのスペクトルへの貢献の違いによるようである。
【0124】
【表4】
【0125】
ある種の357変異体のインビボでの発光のλmaxの比較のために、組換え野生型(r−wt)酵素を使用した。D357Y、FおよびIは、その波長最大値の大幅なシフトを示した。
【0126】
実施例4
CoAの存在または不在下での酵素の諸性質
実施例1に記載したようにして、硫酸アンモニウム沈殿によってD357Yを部分的に精製した。この部分的に精製したD357Y酵素(5μl)をPromega Luciferase Assay Reagent150μlと混合させた。他のアリコートをCoAは存在しない(25mM トリストリシン pH7.8、5.0mM MgSO4、0.1mM EDTA、2mM DTT、470μM D−ルシフェリン、530μM ATP)同等のアッセイ用バッファーと混合させた。2つの反応物の発光スペクトルを測定した。これを図9および10に示す。
【0127】
これらのスペクトルは、CoAの存在または不在下での生物発光の顕著な違い、およびλmaxの大幅なシフトを示す。CoAのルシフェラーゼ反応のキネテイクスに対する影響を、RLUスケール(RLU−相対的光単位)の違いによって見ることもできる。
【0128】
この発光の違いによって、CoAの存在を検出するためのアッセイにおいてこの酵素を使用する可能性が生じる。
【0129】
実施例5
二重変異体の作製および諸性質
実施例2に記載するようにして、部位特異的変異を使用して、熱安定性および発光の色に対するあらゆる累積的影響を調べるために、E354I+D357Yの二重変異体を工作した。
【0130】
部分精製した二重変異体E354I+D357Yを、熱不活性化バッファー:飽和した硫酸アンモニウム10%、1mMジチオスレイトールおよび0.2%BSAを含む50mM リン酸カリウムバッファー pH7.8中11に1の比率で希釈した。
【0131】
タンパク質溶液のアリコート110μlを、アッセイ前に設定した時間だけ40℃または45℃でインキュベートし、氷上で冷却した。次いでPromega Luciferase Assay Reagent(1:2に希釈)を使用して、前述のようにルシフェラーゼ活性を測定した。
【0132】
二重変異体は、単一の変異体E354IおよびD357Yそれぞれと比較して、熱安定性の顕著な増大を示した(図3を参照)。部分精製した二重変異体の熱不活性化実験により、この変異体の熱安定性の増大を確認し、45℃での不活性化において7.7分のt1/2値を与えた。
【0133】
E354IおよびD357Yの個々の変異体より、この二重変異体は、より深い赤色の発光を示し、発光の色の添加性を示すことが示された。
【0134】
実施例3に記載のアッセイ用バッファーを使用して、組換え野生型および二重変異体E354I+D357Yの粗抽出物の発光スペクトルも測定した。
【0135】
インビボで測定した発光スペクトルは、611nmのλmaxを与えた。しかしながら、このスペクトルは、波長の赤い領域からの発光に大いに貢献し、肉眼によって視覚化するとより深い赤色の外観となる。未精製抽出物の発光スペクトルは、rWTと比較して、スペクトル形状の明確な変化および44nmの波長シフトを示した(図4を参照)。
【0136】
インビボでの二重変異体の発光スペクトルは、発光(613nm)のピーク波長の帯幅をシャープにし、および540〜560nmの範囲の光の波長の貢献の低下させる両方を示す。
【0137】
これらの変異の劇的な効果によって、この酵素のこの領域の生物発光の色への重要性が示される。
【0138】
実施例6
改善された光量子の流れ
変異体D357Kを発現している大腸菌細胞のインビボでの生物発光は、この位置の他の変異体と比較して、非常に鮮やかであることを観察した。時間における光量子の発光の速度を測定することができる光度計を使用して、この酵素のフラッシュキネテイクスを分析した。組換え野生型酵素または変異体D357を含む大腸菌無細胞抽出物のアリコートを、グローキネテイクスを助長するいかなる試薬(たとえば補酵素A)も含まないルシフェラーゼアッセイ用カクテルに加えた。時間(15秒)における光量子の発光の減衰の速度を両方の酵素について測定し、変異体D357Kは大幅に遅いことを観察した(図4)。言い換えれば、変異型酵素は、反応の少なくとも最初の15秒間において、組換え野生型酵素よりも低い程度で阻害される反応キネテイクスを有する。
【0139】
実施例7
位置E354およびD357でのコンビナトリアルカセット変異
ステップ1
カセット変異用のプラスミドpPW601aJ54の工作
2対の合成オリゴヌクレオチド(以下参照)を使用して、2つの新しい独特な制限部位をプラスミドpPW601a/J54内のluc遺伝子中に導入した。合計6個のサイレント変異を、63塩基対隔ててこの遺伝子中のSpeIおよびKpnI制限部位に導入した。これらの新しい部位を含むプラスミドを、pPW601aJ54SpeI/KpnIと呼んだ。これらの制限部位の存在および近接性は、コンビナトリアルカセット変異を使用して、ホタルルシフェラーゼの主要配列中のアミノ酸の位置E354およびD357での、ランダムな置換の影響を探索することを可能にする。
【0140】
【化2】
【0141】
太線で強調したヌクレオチドはエンドヌクレアーゼ認識部位を形成し、および上側のケースのこれらはこの部位を作製するために必要なポイント変異の位置を形成する。
【0142】
ステップ2
カセットの設計およびライブラリーの構築
1対の合成オリゴヌクレオチドを合成した。このオリゴヌクレオチドを次いでアニールし、新しい制限部位で消化されたプラスミドpPW601aJ54SpeI/KpnIに直接連結することができる二本鎖カセットが作製された。このカセットは、天然に存在する20個のアミノ酸の考えられるすべての組み合わせを、この一次配列中の位置E354およびD357において導入できるように設計された。
【0143】
【化3】
ループライブラリーオリゴヌクレオチドのそれぞれ2μgを、50mM Tris−HCl pH7.4、25mM NaClを含むバッファー中に混合し、3分間100℃に加熱した。次いでこの溶液をヒーティングブロック中で<50℃までゆっくりと冷却して、相補的な配列をアニールさせた。次いでアニールしたオリゴヌクレオチドをプラスミドpPW601aJ54SpeI/KpnIに連結させ、SpeIおよびKpnIを用いてこれを消化した。次いでこの連結反応のアリコートを使用して、エレクトロポレーションを使用する大腸菌HB101細胞を形質転換した。エレクトロポレーションの後、形質転換した細胞をアンピシリン50μg/mlを含むLB寒天プレート上に載せ、37℃で一晩生育させた。翌日、869個のコロニーをプレートからランダムに採取し、これを使用してアンピシリンを含むLB1mlを96スクエアウエルのプレート(Beckman)に接種した。このプレートをカバーし、振とうしながら37℃で細胞を一晩生育させた。
【0144】
ステップ3
ランダムに選択したクローンのインビボでの選別
翌朝、定常期の一晩培養したもののアリコート50μlを、2つの透明プラスチック製丸底96ウエルのミクロタイタープレート(Dynex)に移した。1つのプレートをカバーし、加熱したブロック上で8分間インキュベートし(ブロック表面温度45℃)、一方もう1つのブロックは37℃に保った。次いで0.5mMのD−ルシフェリンを含む100mMのクエン酸ナトリウムバッファー(pH5.0)50μlをウエルに加え、次いでこのプレートをvideo camera imager capture system(Alpha Imager)に移すことによって、インビボでの両方のプレートからの細胞中のシフェラーゼ活性を室温で検出し記録した。加熱および調節された培養物によって発せられた光を1〜2分かけて積分し、その像を熱性紙フィルム上に記録した。
【0145】
フィルム上で記録した像の明るさの判定によって、最大の生物発光を示した79個の培養物を、選別の第2ラウンド用に選択した。今回は培養物を、アッセイの前にヒーティングブロック上で16分間インキュベートした。インビボでの熱安定性選別から選択した55個のクローンの内、インビボでのスペクトル分析用に25個を選択した。これらのクローンをLB中において37℃で一晩生育させ、翌朝一晩培養したもの200μlを翌朝遠心分離し、大腸菌細胞のペレットを0.5mMのD−ルシフェリンを含む100mMのクエン酸ナトリウムバッファー(pH5.0)150μl中に再懸濁させた。次いで再懸濁させた細胞を白いプラスチック製のミクロタイタープレート中に置き、変異型ルシフェラーゼのそれぞれによって発せられるインビボでの生物発光のスペクトルを、Molecular Devices Spectramax、96ウエルプレートの蛍光光度計を使用して分析した。それらの結果を以下の表1に要約する。
【0146】
ステップ4
変異の同定
インビボでの選別によって選択された25個のクローンからプラスミドDNAを調製し、遺伝子特異的配列決定プライマーを使用して配列決定した。一次配列中の位置354および357においてアミノ酸の変化を生じた変異を同定した。ある変異体は、位置I351にアミノ酸の置換をもたらした(表5)。
【0147】
【表5】
【0148】
いくつかの変異型ルシフェラーゼを熱安定性のインビボアッセイから選択した。これらのルシフェラーゼの大部分は、また発せられる光のインビボスペクトルにおいて大きな変化を示し、多くは光の長い波長(>580nm)からのより大きな貢献を示した。いくつかのスペクトルは、610〜614nmというただ1つのピーク周辺で非常に狭い帯幅を示す。
【0149】
E354およびD357のそれぞれ疎水性および芳香族アミノ酸での置き換え(たとえばE354V、D357Y)は、インビボでのスペクトルの大きく変化をもたらし、612nm周辺で、狭い帯幅の単位ピークを示す。
【0150】
実施例8
熱安定性に関するインビボ選別
選択したクローンの無細胞抽出物を溶解によって調製し、それぞれの抽出物からのルシフェラーゼの熱安定性を、熱不活性化実験において測定した。それぞれの抽出物50μlをエッペンドルフチューブ中に置き、4、9および16分間、45℃に加熱した水浴中でインキュベートした。適切なタイムポイントにおいてアリコートを取り、残存ルシフェラーゼ活性を測定した。表6は、すべての変異型酵素および組換え野生型について残存活性%対時間を示す。
【0151】
これらの結果は、最も熱安定性であるルシフェラーゼは、位置357に芳香アミノ酸(Y、FまたはW)、および位置354に大きな疎水性(VまたはI)、極性(N)または正に帯電している(KまたはR)アミノ酸を有するルシフェラーゼであることを示す。
【0152】
【表6】
【0153】
実施例9
発せられる光のインビボでのスペクトルに対する成長条件の影響
変異型ルシフェラーゼE354K+D357M(前述の7のもの)を発現している大腸菌BL21(DE3)細胞から発せられる、光のスペクトルに対する異なる炭素源の影響を調べた。
【0154】
細胞の培養物50mlをLB培地上で対数期中期まで生育させ、次いで遠心分離によって採取した。細胞ペレットを1mlの滅菌蒸留水中に再懸濁させ、次いでこの懸濁液のアリコート100ulを使用して、新鮮なLB5ml、M9最小培地+2mM酢酸ナトリウムまたはM9最小培地+2mMグルコースを25mlの滅菌チューブ中に接種した。この培養物を振とうしながら37℃で成長させ続け、90分(D357Y)および120分(酵素7)後、細胞のアリコート200ulを取り遠心分離し、0.5mMのD−ルシフェリンを含む100mMのクエン酸ナトリウムバッファー(pH5.0)150ul中に再懸濁させた。次いで再懸濁させた細胞をミクロタイタープレート中に置き、変異型ルシフェラーゼのそれぞれによって発せられる生物発光のインビボスペクトルを、Molecular Devices Spectramax、96ウエルプレートの蛍光光度計を使用して分析した。それらの結果を図7および8に示す。
【0155】
これらの結果は、富化培地(LB)(図7a、8a)からの、唯一の炭素源としてアセテート(図7b、8b)またはグルコース(図7c、8c)のいずれかを有する限定最小培地への変化は、発せられる光がより長い波長にシフトと、より短い波長からの貢献の低下をもたらすことを示す。
【0156】
実施例10
組換え野生型および変異型ルシフェラーゼの精製およびスペクトルの特徴付け
組換え野生型Photinus pyralis酵素および変異型ルシフェラーゼD357YおよびE354I+D357Yを、生物発光反応のスペクトルに対する補因子補酵素Aの影響を分析するために、均一になるまで精製した。3つのルシフェラーゼすべてを、嫌気性真菌Piromyces equiiからの143アミノ酸炭水化物結合モジュール(CBM)への融合体として、精製した。このCBMは、酸膨張性セルロースおよび可溶性炭水化物ガラクトマナンおよびグルコマナンに選択的に結合し、簡単な単一ステップのアフィニティ精製スキームのベースを形成することが示されている。
【0157】
CBMに融合したルシフェラーゼは、粗無細胞抽出物中でセルロースに結合することができ、これを洗浄し、次いで可溶性多糖を使用して選択的に溶離させた。このようにして精製した融合タンパク質をアッセイにおいて使用して、異なる量の補酵素Aを含む反応中で発せられた光の波長を測定した。異なる量の補酵素Aを含むアッセイ試薬100μl(25mM トリストリシン pH7.8、5.0mM MgSO4、0.1mM EDTA、530μM ATPおよび470μM D−ルシフェリン)に、酵素(5μl)を加えた。図9〜11は、精製したルシフェラーゼD357およびE354I+D357Yによって発せられた光のスペクトルに対する、補酵素Aの増大した濃度の影響を示す。
【0158】
真菌CBMのC末端に融合しホタルのルシフェラーゼを発現している大腸菌細胞によって発せられる、生物発光のスペクトルのインビボでのアッセイは、元のルシフェラーゼを発現している細胞といかなる顕著な違いも示さなかった。同様に、精製組換えルシフェラーゼの市販品(Promega)によって発せられる、生物発光のスペクトルのインビトロアッセイは、融合タンパク質によって発せられたスペクトルと同一であった。
【0159】
したがって、観察した違いはCoAの濃度に伴われたものである。補酵素Aの濃度が増大すると、スペクトルの分布が変化し、CoAの最大濃度では、スペクトルは、610nmでの明確なピークを有する590〜630nmの領域の波長が主となる。スペクトルのシフトは二重変異体に関して最も顕著であり、波長610nmという唯一のピーク周辺で帯幅の大幅な狭まりが存在する(図11)。
【0160】
実施例12
214C/354K/357Fを有するように変異させた、合成Photinus pyralisルシフェラーゼの生産
前述の合成戦略を使用して、オリゴヌクレオチド対から合成luc遺伝子を設計し組み立てた。遺伝子配列を工作して、アミノ酸214C、354Kおよび357Fを有するルシフェラーゼを作製した。
【0161】
重複合成オリゴヌクレオチド29対をSigma−Genosys Ltdによって合成し、PAGEによって精製し、約550bpの3つのアセンブリに連結させた(IDRIS1、2および3、図13)。次いでそれぞれのアセンブリをベクターpBSK(+)別々に連結させ、生じた構築体を使用して大腸菌XL1−Blue細胞を形質転換させた。組み立てた挿入体を含むクローンからプラスミドDNAを作製し、配列決定してORFの適合度を確認した。アセンブリ中のn−1個のオリゴヌクレオチドの存在(オリゴ合成の副産物)によって、構築プロセスが複雑になった。DNAの配列決定によってIDRIS2の1つの正確なアセンブリを同定し、PCRを使用して、構築体の5’端に1つの塩基対欠失体を含むIDRIS3の1アセンブリを正しくした。IDRIS1を含むプラスミドの、IDRIS2および3との混合物を連結させることによって、完全なORFのアセンブリを得た。
【0162】
次いで連結したDNAを使用して大腸菌XL1−Blue細胞を形質転換させ、インビボアッセイを使用して活性酵素を発現しているクローンを選択した。数個のクローンを選択し、配列決定して図14に示す配列を有する合成luc遺伝子の存在および適合度を確認した。完全なORFをIDRIS(FA)と呼んだ。
【0163】
合成遺伝子をベクターpBSK(+)内のポリリンカー中のBamH IとSal I部位の間に組立てた。この位置において、この遺伝子はアルファペプチドとはフレームが同じでなく、lacプロモーターからは相当な距離がある。しかしながら、充分なルシフェラーゼが生成されて、酵素の予備的特徴付けが可能である。Promega溶解法を使用して一晩培養したものから、IDRIS(FA)を発現している大腸菌XL1−Blue細胞の粗無細胞抽出物を作製した。
【0164】
次いで抽出物中の酵素の熱安定性を50℃で20分間試験し、熱安定性の変異体E354I+D357Yと比較した。新しいコドンを最適化させた三重変異体は、変異体E354I+D357Yよりも大幅に熱安定性であった(図15)。
【図面の簡単な説明】
【図1】 残存活性%対本発明によるいくつかの変異型酵素の45℃でのインキュベーションの時間を示す対数グラフである。
【図2(a)】 D−ルシフェリンを有するクエン酸バッファー中で、ルシフェラーゼ酵素を発現する大腸菌細胞をインキュベートすることによって得られたスペクトルのピークを示す。使用した酵素は組換え野生型Photinus pyralisのルシフェラーゼである。
【図2(b)】 D−ルシフェリンを有するクエン酸バッファー中で、ルシフェラーゼ酵素を発現する大腸菌細胞をインキュベートすることによって得られたスペクトルのピークを示す。使用した酵素はD357K変異型である。
【図2(c)】 D−ルシフェリンを有するクエン酸バッファー中で、ルシフェラーゼ酵素を発現する大腸菌細胞をインキュベートすることによって得られたスペクトルのピークを示す。使用した酵素はD357N変異型である。
【図2(d)】 D−ルシフェリンを有するクエン酸バッファー中で、ルシフェラーゼ酵素を発現する大腸菌細胞をインキュベートすることによって得られたスペクトルのピークを示す。使用した酵素はD357W変異型である。
【図2(e)】 D−ルシフェリンを有するクエン酸バッファー中で、ルシフェラーゼ酵素を発現する大腸菌細胞をインキュベートすることによって得られたスペクトルのピークを示す。使用した酵素はD357I変異型である。
【図2(f)】 D−ルシフェリンを有するクエン酸バッファー中で、ルシフェラーゼ酵素を発現する大腸菌細胞をインキュベートすることによって得られたスペクトルのピークを示す。使用した酵素はD357F変異型である。
【図2(g)】 D−ルシフェリンを有するクエン酸バッファー中で、ルシフェラーゼ酵素を発現する大腸菌細胞をインキュベートすることによって得られたスペクトルのピークを示す。使用した酵素はD357Y変異型である。
【図2(h)】 D−ルシフェリンを有するクエン酸バッファー中で、ルシフェラーゼ酵素を発現する大腸菌細胞をインキュベートすることによって得られたスペクトルのピークを示す。使用した酵素は二重変異型E354I+D357Yである。
【図3】 残存活性%対3つの変異型酵素E354I、D357Yおよび二重変異型(DM)E354I/D357Yの時間を示すグラフである。
【図4(a)】 組換え野生型酵素の発光スペクトルを示す。
【図4(b)】 二重変異型(DM)E354I/D357Yの発光スペクトルを示す。
【図5】 組換え野生型(◆)r−wtおよびD357K変異型酵素(■)の光量子発光の速度減衰を示すグラフである。
【図6】 分子のモデル図を示し、ルシフェラーゼ酵素中の考えられるCoA結合ポケットを示す。
【図7a】 LB上で成長させた変異体P.pyralisのルシフェラーゼD357Yを発現する大腸菌細胞によって発せられたインビボでの生物発光スペクトルを示す。
【図7b】 最小培地および酢酸ナトリウム上で成長させた変異体P.pyralisのルシフェラーゼD357Yを発現する大腸菌細胞によって発せられたインビボでの生物発光スペクトルを示す。
【図7c】 最小培地およびグルコース上で成長させた変異体P.pyralisのルシフェラーゼD357Yを発現する大腸菌細胞によって発せられたインビボでの生物発光スペクトルを示す。
【図8(a)】 LB上で成長させた変異体P.pyralisのルシフェラーゼE354K/D357Mを発現する大腸菌細胞によって発せられたインビボでの生物発光スペクトルを示す。
【図8(b)】 最小培地および酢酸ナトリウム上で成長させた変異体P.pyralisのルシフェラーゼE354K/D357Mを発現する大腸菌細胞によって発せられたインビボでの生物発光スペクトルを示す。
【図8(c)】 最小培地およびグルコース上で成長させた変異体P.pyralisのルシフェラーゼE354K/D357Mを発現する大腸菌細胞によって発せられたインビボでの生物発光スペクトルを示す。
【図9】 変異体P.pyralisのルシフェラーゼD357Yによって発せられた光のスペクトル分布に対するCoAの影響を示すグラフである。
【図10】 変異体P.pyralisのルシフェラーゼD357Yによって発せられた光のスペクトル分布に対するCoAの影響を示すグラフである。
【図11(a)】 変異体P.pyralisのルシフェラーゼE354I/D357Yによって発せられた光のスペクトル分布に対するCoAの影響を示すグラフである。
【図11(b)】 変異体P.pyralisのルシフェラーゼE354I/D357Yによって発せられた光のスペクトル分布に対するCoAの影響および正規化したデータを示すグラフである。
【図12】 合成ルシフェラーゼ遺伝子の構築において使用された制限部位の修飾を示す。
【図13】 ルシフェラーゼ遺伝子の合成において使用する構築体を示す。
【図14】 合成ルシフェラーゼ遺伝子のcDNA配列(配列番号1)(リボソーム結合部位の一部を形成し、コードしていないヌクレオチド1〜8含む)、および上向き矢印で示されたメチオニン残基で始まるエンコードされているアミノ酸配列(配列番号2)を示す。
【図15】 合成遺伝子によってエンコードされている変異体を含む、変異体の50℃における熱安定性を示す。
【配列表】
[0001]
The present invention includes novel proteins, particularly mutant luciferase enzymes that exhibit characteristic properties compared to the corresponding wild-type enzymes, DNA encoding these proteins, the use of these enzymes in assays, and the like It relates to a test kit.
[0002]
Firefly luciferase contains ATP, Mg2+And catalyzes the oxidation of luciferin in the presence of molecular oxygen, resulting in light. This reaction has a quantitative yield of about 0.88. This luminescence leads to use in a wide range of illuminance assays where ATP levels are measured. Examples of such assays include those based on the descriptions in EP-B-6580515 and WO 96/02665, but many other assays are routinely used in the laboratory.
[0003]
Luciferase can be obtained directly from the insect body, in particular from beetles such as fireflies or fireflies. Specific species from which the luciferase is derived include the Japanese GENJI or KEIKE fireflies, Lucioluca cruciata and Luciola lateralis, the Eastern European firefly Luciola mingrelica, the North American firefly Photinus pyritis, and a cybo litral.
[0004]
However, many of the genes encoding these enzymes have been cloned and sequenced and can also be generated using recombinant DNA techniques. The recombinant DNA sequence encoding the enzyme is used to transform a microorganism, such as E. coli, which thus expresses the desired enzyme product.
[0005]
When used in laboratory assays, the color of light emitted by these enzymes is very similar. If the wavelength is changed, it may be useful for easier reading by a particular detector, or for use in systems where multiple reporters are needed, for example to monitor different events in the same sample. One way to distinguish reporter molecules is to use luciferase molecules that emit light at specific wavelengths. This can be achieved by using a reporter molecule comprising luciferases from different species of beetles or moths. However, using recombinant DNA technology to generate mutant luciferases is an alternative strategy, resulting in variations in signal wavelength. Examples of such mutants are provided in WO95 / 18853.
[0006]
Furthermore, the thermal stability of wild and recombinant luciferases is such that they lose activity very rapidly when they are exposed to temperatures above about 30 ° C, especially above 35 ° C. This instability causes problems when the enzyme is used or stored at high ambient temperatures or when the assay is performed under high temperature reaction conditions, for example to increase the reaction rate.
[0007]
Mutant luciferases with increased thermostability are known from EP-A-524448 and WO / 95/25798. The first of these describes a mutant luciferase having a mutation at position 217 in Japanese firefly luciferase, specifically a threonine residue is replaced with an isoleucine residue. The latter describes a mutant luciferase with a similarity of more than 60% to the luciferase from Photinus pyralis, Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis, but to the residue of Photinus pylalis 56 type 35 Corresponding amino acid residues are mutated other than glutamate, and in particular, mutates other than glutamate, aspartate, proline or glycine.
[0008]
Co-pending UK patent application no. 98234688.5 and international patent applications derived therefrom further describe such variants. In this case, proteins that have luciferase activity and that have at least 60% similarity to wild-type luciferases from luciferases such as Photinus pyralis, Lucio mininglica, Lucioluca luciata or Luciola lateralis enzymes are described. It contains mutations at various positions, particularly including:
[0009]
(A) an amino acid residue corresponding to residue 214 in the Lucinase of Photinus pyralis, residue 216 of a Lucifera mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase, or
(B) residue 232 in Photinus pyralis luciferase, an amino acid residue corresponding to residue 234 of Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase, or
(C) Amino acid residue corresponding to residue 295 in Lucinus pyralis luciferase, residue 297 of Lucio mininglica, Lucioluca cruciata or Luciola lateralis luciferase.
[0010]
Applicants can obtain a large shift in the wavelength of the emitted light and / or improve the thermal stability of the enzyme by mutating (or introducing) amino acids at different positions in the luciferase protein. I discovered that. In addition, in in vivo assays where glow kinetics are hindered, or in in vitro assays where no CoA or other “glow kinetics-inducing” compounds are present, the flow of emitted protons can be improved and the enzyme more compatible.
[0011]
The present invention provides a recombinant protein having luciferase activity and at least 60% similarity to wild-type luciferase. In the sequence of this enzyme, the amino acid residue corresponding to residue 357 in Photinus pyralis luciferase is mutated compared to the corresponding wild-type luciferase, so that the luciferase enzyme is conjugated with the corresponding wild-type luciferase and It can emit light of different wavelengths in comparison and / or has improved thermal stability compared to the corresponding wild type luciferase.
[0012]
Recombinant wild-type luciferase sequence Photinus pyralis the base portion can be formed of the present invention, Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis, Hotaria parvula, Pyrophorus plagiophthalamus Lampyris noctiluca, Pyrocoelia miyako, Photuris pennsylvanica or Phrixothrix (railroad -Worms Biochem.38 (1999) 8271-8279).
[0013]
Bioluminescent enzymes from species that can produce luminescence using the substrate D-luciferin (4,5-dihydro-2- [6-hydroxy-2-benzothiazolyl] -4-thiazolecarboxylic acid) are disclosed in the present invention. The basic part of the mutant enzyme can be formed.
[0014]
Photinus pyralis for certain wild-type luciferase sequence the basic parts of the recombinant can be formed of the present invention, Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis, Hotaria parvula, Pyrophorus plagiophthalamus Lampyris noctiluca, there is Pyrocoelia miyako and Photuris pennsylvanica .
[0015]
In particular, this luciferase is an enzyme obtained from the enzymes of Photinus pyralis, Lucio minarelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis. In the Lucio mingrelica, Lucio cruciata, or Lucio la lateralis enzyme, the appropriate amino acid residue is at position 359 in the sequence.
[0016]
The sequences of all the various luciferases indicate that they are highly conserved with high similarity between them. This means that by examining the sequences, the corresponding regions between the enzyme sequences can be easily determined and the most similar regions can be detected, but if necessary, the corresponding regions between the various sequences Alternatively, to determine individual amino acids, see commercially available software (see, eg, “Bestfit” from the University of Wisconsin Genetics Computer Group; see Devereux et al. (1984) Nucleic Acid Research 12: 387-395). it can. Alternatively or additionally, the sequence and numbering of this enzyme is shown and the numbering system is used in connection with this application. Ye et al., Biochim. The corresponding acid can be determined by reference to Biophys Acta 1339 (1997) 39-52.
[0017]
With respect to possible changes in the amino acid residue corresponding to residue 357 in the Photonus pyralis luciferase, most wild-type sequences have an acid residue (aspartic acid or glutamic acid) at this position. An exception to this is a form of luciferase of Photouris pennsylvanica, in which the corresponding residue (355) is a nonpolar residue valine, or in a form of luciferase of Phrixothrix, the corresponding position is PvGROr PhREV354 in the middle, and L354 leucine. Thus, in general, the amino acids used as substitution amino acids at this position are other than aspartic acid, glutamic acid, valine or leucine.
[0018]
Thus, in many cases acidic amino acid residues are charged with basic amino acids such as lysine or arginine, nonpolar amino acids such as leucine, valine or isoleucine, tyrosine, asparagine, glutamine, phenylalanine, serine, tryptophan or threonine. Replaced with non-acidic residues including no polar amino acids. In particular, this can be replaced by an uncharged polar amino acid such as tyrosine, asparagine, serine or threonine. Particularly preferred amino acid residues for substitution at this position are tyrosine, phenylalanine or tryptophan, with tyrosine being most preferred. Generally speaking, the aromatic residue at this position causes a maximum shift and can also maintain thermal stability.
[0019]
If the wild type sequence contains non-acidic amino acid residues at this position, they are appropriately mutated to different non-acidic residues.
[0020]
By mutating the enzyme in this way, it has been found that the wavelength of light emitted by luciferase shifts to 50 nm towards the red end of the spectrum in some cases. Thus, the D357Y mutant Photinus pyralis luciferase emits light at a wavelength of about 612 nm compared to the wild-type enzyme that emits light at a wavelength of 562 nm.
[0021]
A wavelength shift of 50 nm has considerable capacity for use in assay applications since this intensity shift can be easily determined spectrally. For example, as described in WO95 / 18853, different color luciferases can be used as reporter molecules in gene expression studies, which allows two or more genes to be monitored simultaneously. A number of analyte tests can also be performed using luciferase as a label.
[0022]
The fact that the light in this case is deep red is particularly useful in assay methods. When analyzing solutions for ATP containing dyes or other compounds that can absorb short wavelengths of light, the red mutant would be useful. For example, a red solution will not absorb red light. Examples of red solutions that are often subject to such analysis include solutions of blood samples or eukaryotic cell culture media that may contain a red pH indicator.
[0023]
When using a mixture of colorimetric agents such as luciferase, the ability to produce a deep red signal may be useful, especially when other reagents in the sample produce a green signal. A photomultiplier tube used in photoelectrode spectral analysis can be set to detect one or two peaks produced in one sample. In other words, it is possible to distinguish the photon flow from the red and the green emitter in the same sample.
[0024]
Furthermore, it has been found that the shift in wavelength can be affected by the presence of cofactor coenzyme A (CoA). This feature creates the possibility of using this enzyme in assays for cofactors.
[0025]
The effect of cofactor coenzyme A on the in vitro spectrum of emitted light was examined as described below. As the coenzyme A concentration increases, the spectrum distribution changes, and at the maximum CoA concentration, the wavelength in the region from 590 to 630 nm with a distinct peak at 610 nm becomes the main spectrum.
[0026]
Thus, according to another aspect of the invention, an assay is provided for determining the presence of CoA in a sample. This assay involves adding other reagents needed to trigger the luciferase / luciferin reaction with the aforementioned luciferase to a sample suspected of containing CoA, measuring the wavelength of light emitted from the sample, and Associated with the presence or absence of CoA.
[0027]
Such assays can be useful in detecting the growth or activity status of cells, eg, microorganisms or eukaryotic cells.
[0028]
For example, the concentration of CoA in E. coli cells is relatively high and varies significantly with metabolic conditions. Since the wavelength of luminescence changes depending on the concentration of CoA, the mutant enzyme of the present invention can be used to monitor the metabolic status of an organism, particularly the concentration of CoA in vivo. Such an assay may be particularly useful in situations where CoA is an important major metabolite in the production of antibiotics (eg, Streptomyces). Cellular CoA concentration is also an important indicator of fatty acid biosynthesis and varies with cell starvation conditions. Some metabolic disorders such as carcinogenesis and diabetes exhibit abnormalities in fatty acid metabolites and thus abnormal CoA levels. The assay of the present invention can be used in the diagnosis of such conditions. For example, by measuring the wavelength of light emitted from the luciferase of the invention used in the assay, cell samples such as blood samples from a patient and CoA levels can be measured. This result can be compared to the result obtained from a sample of healthy cells to determine if the wavelength changes and there is an altered CoA level. This can be an indication of the patient's disease state. Prior to the assay, the cells are appropriately lysed using known lysing agents.
[0029]
The amino acid residue at position 357 is believed to be critically associated with the binding site of coenzyme A. The surface of the luciferase enzyme was outlined to 1 angstrom resolution (using Tripos Ltd.'s SYBL protein nodding software) and a small polar pocket was found. This pocket appears to be lined by residues H310, E354 and D357 and is measured to be 8-10 Å. Viewed from the top of the molecule, this pocket appears to be part of a larger pocket lined by residues H310, E354, D357 and I232. Residues H310 and E354 appear to form a bridge across the cleft, giving the appearance of two small pockets (see FIG. 8).
[0030]
Without being bound by theory, when the enzyme is in solution, the bridge residue is flexible enough to break off and allow a larger pocket (up to 12 mm deep and 8 mm wide) to allow CoA binding. It seems to provide. This is consistent with the energy calculation.
[0031]
When E. coli cells expressing the firefly luciferase variants of the present invention were grown on different carbon sources, a change in the spectrum of light emitted in vivo was observed. Conversion from enriched medium (LB) to limited minimal medium with acetate or glucose as the only carbon source shifted the emitted light to longer wavelengths and reduced the contribution from shorter wavelengths. This would provide another means for assay purposes to adjust the wavelength of emitted light.
[0032]
A mutation at position 357 in this protein was found to result in improved thermal stability.
[0033]
The protein may contain other mutations in the sequence, provided that the luciferase activity of the protein is not significantly impaired. This mutation appropriately improves the properties of the enzyme or, to some extent, better adapts the enzyme to the desired purpose. This means that the mutation is thermostable and / or color-shifting in nature and / or K for this enzyme's ATP.mLet's mean that will improve. Examples of mutations that cause a color shift are described in WO95 / 18853. KmMutations affecting the value are described, for example, in WO 96/22376 and International Patent Application No. PCT / GB98 / 01026.
[0034]
In general, mutation effects have been found to be additive in terms of changes in properties.
[0035]
The mutant luciferase of the present invention may contain other specific mutations that increase thermal stability compared to wild-type luciferase. In detail,
(A) the amino acid residue corresponding to amino acid 354 of Photinus pyralis luciferase (356 in Luciola luciferase) is mutated;
(B) the amino acid residue corresponding to position 215 in Photinus pyralis luciferase or (217 in Luciola luciferase) is a different hydrophobic amino acid;
(C) an amino acid residue corresponding to residue 214 in Photinus pyralis luciferase or residue 216 of Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase;
(D) residue 232 in Photinus pyralis luciferase or an amino acid residue corresponding to residue 234 of Luciola mingleica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase;
(E) an amino acid residue corresponding to residue 295 in Photinus pyralis luciferase or residue 297 of Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase;
(F) the amino acid residue corresponding to
(G) the amino acid residue in Photinus pyralis luciferase, or the amino acid residue corresponding to residue 37 of Luciola mingrelica, or residue 38 of Luciola cruciata or Luciola lateralis;
(H) an amino acid residue corresponding to amino acid residue 105 of Photinus pyralis luciferase, or residue 106 of Luciola mingrelica, 107 of Luciola cruciata, or 108 of the Luciola lateralis gene;
(I) amino acid residue 234 in Photinus pyralis luciferase or amino acid residue corresponding to residue 236 of Lucio minarelica, Lucio cruciata or Lucio la lateralis;
(J) the amino acid residue 420 in Photinus pyralis luciferase or the amino acid residue corresponding to residue 422 of Lucio minarelica, Lucio cruciata or Lucio la lateralis;
(K) amino acid residue 310 in Photinus pyralis luciferase or an amino acid residue corresponding to residue 312 of Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis;
Unlike amino acids in which at least one of the corresponding wild-type sequences is present, this luciferase enzyme has increased thermal stability compared to an enzyme having the corresponding amino acid at this position of the wild-type luciferase.
[0036]
Thus, preferred examples of proteins of the present invention include two or more amino acids, such as up to 100 amino acid residues, preferably no more than 40 amino acids, more preferably up to 30 amino acids, A mutated wild type luciferase that differs from the amino acid at the corresponding position in the appropriate wild type enzyme.
[0037]
Thus, in a preferred embodiment, the protein of the invention comprises a Photinus pyralis luciferase and, in addition to the mutation at position 357 described above, comprises at least one of the following:
[0038]
(A) the amino acid residue corresponding to amino acid 354 of Photinus pyralis luciferase is other than glutamate,
(B) the amino acid residue corresponding to position 215 in Photinus pyralis luciferase is a hydrophobic amino acid other than alanine,
(C) the amino acid residue corresponding to residue 214 in Photinus pyralis luciferase is other than threonine;
(D) the amino acid residue corresponding to residue 232 in Photinus pyralis luciferase is other than isoleucine,
(E) the amino acid residue corresponding to residue 295 in Photinus pyralis luciferase is other than phenylalanine;
(F) the amino acid residue corresponding to
(G) the amino acid residue corresponding to amino acid 35 of Photinus pyralis luciferase is other than leucine;
(H) the amino acid residue corresponding to amino acid residue 105 of Photinus pyralis luciferase is other than alanine,
(I) the amino acid residue corresponding to amino acid residue 234 of Photinus pyralis luciferase is other than aspartic acid;
(J) the amino acid residue corresponding to amino acid residue 420 of Photinus pyralis luciferase is other than serine,
(K) The amino acid residue corresponding to amino acid residue 310 of Photinus pyralis luciferase is other than histidine.
[0039]
Alternatively, the protein of the present invention includes a luciferase sequence of a protein of Lucio mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis enzyme, and includes at least one of the following in addition to the aforementioned mutation at position 359.
[0040]
(A) the amino acid residue corresponding to amino acid 356 of Photinus pyralis luciferase is other than glutamate,
(B) the amino acid residue corresponding to position 215 in Photinus pyralis luciferase is a hydrophobic amino acid other than alanine or threonine;
(C) the amino acid residue corresponding to residue 216 in the luciferase of Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis is glycine (if the sequence is based on Luciola mingrelica) or paraffin (if the sequence is Luciolaculac) Is,
(D) the amino acid residue corresponding to residue 234 in Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase is other than serine,
(E) the amino acid residue corresponding to residue 297 in Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase is other than leucine,
(F) the amino acid residue corresponding to
(G) the amino acid residue corresponding to residue 37 of Luciola mingrelica, or 38 of Luciola cruciata or Luciola lateralis is other than lysine;
(H) the amino acid residue 106 corresponding to the amino acid residue 106 of Luciola mingrelica, the amino acid residue 107 of Luciola cruciata, or the amino acid residue 108 of Luciola lateralis is other than glycine;
(I) the amino acid residue corresponding to amino acid residue 236 of Lucio minarelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis is other than glycine,
(J) the amino acid residue corresponding to residue 422 of Lucio minarelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis is other than threonine,
(K) the amino acid residue corresponding to the amino acid residue 312 of Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis is threonine (in the case of a Luciola mingrelica-based sequence) or valine (Luciola cruciata or Luca
[0041]
In either case, the specific substituted amino acid that improves the thermal stability can be determined by the general method exemplified below. In each case, different substitutions could improve thermal stability. As will be appreciated by those skilled in the art, substitutions can be made by site-directed mutation of DNA encoding the original protein or an appropriately mutated protein. In this case, the present invention involves specifying a position with thermal stability.
[0042]
In general, however, it may be desirable to consider substituting an amino acid of a different nature than the wild type amino acid. Thus, it may be preferable to be able to substitute hydrophilic amino acid residues with hydrophobic amino acid residues (and vice versa). Similarly, acidic amino acid residues can be substituted with basic residues.
[0043]
For example, the protein may comprise a protein having luciferase activity and at least 60% similarity to a luciferase from Photinus pyralis, Lucio minarelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis enzyme. In the sequence of this enzyme, at least one of the following is mutated,
(A) the amino acid residue corresponding to residue 214 of Photinus pyralis luciferase 214, Lucio mininglica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase is mutated, and a luciferase of Photinus pyralis
(B) an amino acid residue corresponding to residue 232 of Photinus pyralis luciferase and amino acid residue corresponding to residue 234 of Lucio mininglica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase is an isoleu of leufer,
(C) the amino acid residue corresponding to residue 295 of Photinus pyralis luciferase and the residue 297 of Lucio mininglica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase, for example, Phenylus pyralis in the case of Photinus pyralilase. This luciferase enzyme has increased thermal stability compared to wild-type luciferase.
[0044]
All sequences of the various luciferases indicate that they have a high similarity between them and are highly conserved. This means that the corresponding region between the sequences can be easily determined by examining the sequence and the most similar regions can be detected. However, if necessary, using commercially available software (see, eg, “Bestfit” from the University of Wisconsin Genetics Computer Group; see Devueux et al. (1984) Nucleic Acid Research 12: 387-395). Corresponding regions or specific amino acids can be determined. Alternatively or additionally, L. Ye et al., Biochim. The corresponding acid can be determined by reference to Biophys Acta 1339 (1997) 39-52.
[0045]
For possible changes of the amino acid residue corresponding to residue 214 in Photinus pyralis luciferase, the polar amino acid threonine is a non-polar amino acid such as alanine, glycine, valine, leucine, isoleucine, proline, phenylalanine, methionine, tryptophan or cysteine Is replaced appropriately. A particularly preferred substitution for the threonine residue, corresponding to residue 214 in Photinus pyralis, is alanine. A more preferred substitution is cysteine. However, different polar residues such as asparagine at this position may improve the thermal stability of the corresponding enzyme with threonine at this position. Wild-type luciferase glycine to other amino acids appearing at this position in the enzyme (Luciola mingrelica, Hotaria parvula), asparagine (Pyrophorus plagiophthalamus, GR, YG, YE and OR, Luciola cruciata, Luciola lateralis, Lampyris noctiluca, Pyrocelia miyako Photuris pennsylvanica LY, KW, J19) and serine (Prixothix). Advantageously, these can be substituted with nonpolar or different nonpolar side chains such as alanine and cysteine.
[0046]
With respect to possible changes in the amino acid residue corresponding to residue 232 in Photinus pyralis luciferase, the nonpolar amino acid isoleucine is a different nonpolar such as alanine, glycine, valine, leucine, proline, phenylalanine, methionine, tryptophan or cysteine. Replaced appropriately with amino acids. Other amino acids that appear at this position in the wild type luciferase enzyme include serine and asparagine. Suitably, these polar residues are replaced with nonpolar residues as described above. A particularly preferred substitution for residue 232 in the Photinus pyralis luciferase and the residue corresponding to residue 234 of the Lucio mininglica, Luciola cruciata or Luciola lateralis group is alanine.
[0047]
Changes in amino acid residues corresponding to residue 295 in Photinus pyralis luciferase, and residue 297 in Lucio mininglica, Luciola luciata or Luciola lateralis luciferase affect the thermal stability of the protein, where x Corresponding to position 292 in the luciferase of). Generally, the amino acid at this position is the nonpolar amino acid phenylalanine or leucine. These are appropriately changed to different nonpolar amino acids. For example, in Photinus pyralis, the nonpolar amino acid phenylalanine is suitably replaced with a different nonpolar amino acid such as alanine, leucine, glycine, valine, isoleucine, proline, methionine, tryptophan or cysteine. A particularly preferred substitution for the phenylalanine residue corresponding to residue 214 in Photinus pyralis luciferase is leucine.
[0048]
Variations in amino acid residues corresponding to
[0049]
Mutations in amino acid residues corresponding to amino acid 35 of Photinus pyralis luciferase, or amino acid residue 37 of Lucio miningella luciferase (38 in other Luciola spp.) Would also be effective. This amino acid varies between wild-type enzymes and may contain lysine (Phototinus pyralis) as well as lysine, histidine, glycine, alanine, glutamine and aspartic acid at this position. Suitably the amino residue at this position is substituted with a non-polar amino acid residue such as alanine, valine, phenylalanine, isoleucine, proline, methionine or tryptophan or a different non-polar amino acid. The preferred amino acid at this position is alanine, which differs from the wild type enzyme.
[0050]
It is preferred that the mutation in the amino acid corresponding to position 14 of the sequence of Photinus pyralis and / or the mutation in the amino acid residue corresponding to amino acid 35 of Photinus pyralis luciferase is not the only mutation in the enzyme.
[0051]
These are suitably accompanied by other mutations as described above, in particular mutations at positions corresponding to positions 214, 395 or 232 of Photinus pyralis luciferase.
[0052]
Corresponding to residue 105 in Photinus pyralis luciferase, and residue 106 in Luciola mingrelica, or residue 107 in Luciola cruciata, or residue 108 in Luciola lateralis luciferase (amino acid 102 in Phrixothix) Will affect the thermal stability of the protein. Generally, the amino acid at this position is the nonpolar amino acid alanine or glycine, or serine in Phrixothix. These are appropriately changed to different non-polar amino acids. For example, in Photinus pyralis, the nonpolar amino acid alanine is appropriately replaced with a different nonpolar amino acid such as phenylalanine, leucine, glycine, valine, isoleucine, proline, methionine, tryptophan. A particularly preferred substitution for the alanine residue corresponding to residue 105 in Photinus pyralis luciferase is valine.
[0053]
Changes in the heat of the amino acid residue corresponding to residue 234 in Photinus pyralis luciferase and residue 236 in Lucifera mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase (231 in Phrixothix), Let's reach. In general, the amino acid at this position is aspartic acid or glycine, and may be glutamine or threonine. These are appropriately changed to non-polar or appropriate different non-polar amino acids. For example, in Photinus pyralis, the amino acid residue is aspartic acid and is appropriately replaced with a non-polar amino acid such as alanine, leucine, glycine, valine, isoleucine, proline, methionine or tryptophan. A particularly preferred substitution for the phenylalanine residue corresponding to residue 234 in Photinus pyralis luciferase is glycine. If a nonpolar amino acid residue, such as glycine, is present at this position (eg in Luciola luciferase), it could be replaced with a different nonpolar amino acid.
[0054]
Residue 420 in Photinus pyralis luciferase, and residue 422 in Lucio mininglica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase (residue 417 in Phrixothix green and the red in protein corresponding to Phriox4) It will affect the thermal stability of. In general, the amino acid at this position is the uncharged polar amino acid serine or threonine or glycine. These are appropriately changed to different uncharged polar amino acids. For example, in Photinus pyralis, serine could be appropriately replaced with asparagine, glutamine, threonine or tyrosine, especially threonine.
[0055]
Changes in amino acid residues corresponding to residue 310 in Photinus pyralis luciferase, and residue 312 in Luciola mingrelica, Luciola cruciata, or Luciola lateralis luciferase will affect the thermal stability of the protein. The amino acid residue at this position varies between known luciferase proteins, including Photinus pyralis, Pyroceria miyako, Lampyris noctiluca, and in some forms of Photuris penicilliva luciferase, histidine, It is threonine for luciferase (which is amino acid 307), valine for Luciola cruciata and Luciola lateralis, and asparagine for certain Pyrophorus plagiophthalamus luciferases. Thus, in general, the amino acid at this position is a hydrophilic amino acid that can be changed to a different amino acid residue that increases the thermal stability of the enzyme. A particularly preferred substitution for the histidine residue corresponding to residue 310 in Photinus pyralis luciferase is arginine.
[0056]
Other mutations may be present in this enzyme. For example, in a preferred embodiment, the protein has an amino acid residue at this position corresponding to amino acid 354 of Photinus pyralis luciferase (356 in Luciola luciferase), altered from glutamate, in particular glycine, proline or aspartic acid. It also has an amino acid at this position changed to an amino acid other than. Suitably the amino acid at this position is tryptophan, valine, leucine, isoleucine and asparagine, most preferably lysine or arginine. This mutation is described in WO95 / 25798. A hydrophobic residue at this position has been found to improve the wavelength shift of the enzyme, and is further highly hydrophobic (V or I), polar (N) or positively charged at position 354 (K Or R) The presence of amino acids improves thermal stability.
[0057]
In other embodiments, as described in EP-A-052448, the protein is a hydrophobic amino acid, in particular isoleucine, in a position corresponding to amino acid 217 in Luciola luciferase (215 in Phototinus pyralis). Has amino acids changed to leucine or valine.
[0058]
The proteins of the present invention include both wild type and recombinant luciferase enzymes. These in the sense that at least 60% of the amino acids present in the wild-type enzyme are present in the protein of the present invention, and at least a wild-type sequence such as the sequence of Photinus pyralis, Lucio minarelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis enzyme. 60% similarity. Such proteins may have a greater similarity to the aforementioned wild type enzyme, in particular at least 70%, more preferably at least 80% and most preferably at least 90%. Similar proteins are of this type and include allelic variants, proteins from other insect species, and recombinantly produced enzymes. These proteins can be easily identified in that they are encoded by a nucleic acid that hybridizes under stringent hybridization conditions with a sequence encoding a wild type enzyme. Such conditions will be well understood by those skilled in the art. Examples are given in Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory Press. In general, low stringency conditions are defined as 3 × SCC from about ambient to about 65 ° C., and high stringency conditions are defined as 0.1 × SCC at about 65 ° C. SSC is the name of a buffer of 0.15M NaCl, 0.015M trisodium citrate. 3xSCC is three times stronger than SSC.
[0059]
Specifically, the multiple alignment method described by Lipman and Pearson (using Lipman, DJ and Pearson, WR (1985) Rapid and Sensitive Protein Similarity Science, Science, vol 227, pp 1435-1441). Thus, the similarity between a specific sequence and the sequence of the present invention can be evaluated. An “optimized” percentage score should be calculated using the following parameters for the Lipman-Pearson algorithm. ktup = 1, gap penalty = 4 and gap penalty length = 12. The sequence for assessing similarity should be used as the “test sequence”, which is the base sequence for comparison, such as the sequence of Photinus pyralis or any other sequence recorded in Ye et al. Means that this should be included in this algorithm.
[0060]
A specific example of a protein of the invention is a wild type luciferase sequence having one or more mutations as described above.
[0061]
Furthermore, the present invention provides a nucleic acid encoding the aforementioned luciferase. Suitably the nucleic acid is based on a wild type sequence well known in the art. Suitable mutations for making the desired mutation in the amino acid sequence will be readily apparent based on knowledge of the genetic code.
[0062]
In a preferred embodiment of the invention, the nucleic acid is a synthetic gene. Suitably, a synthetic gene is engineered to remove codons that are rarely found in highly expressed genes from common expression hosts such as E. coli, and at the same time in genes encoding beetle luciferases. Avoid introducing codons that are rarely seen. This approach ensures that this new gene has optimal codon usage for both E. coli and insect expression systems.
[0063]
For example, whenever possible, the codons for the amino acids arg, leu, ile, gly and pro are represented as CGT or CGC (arg), CTG, CTT or CTC (leu), ATC or ATT (ile), GGT or GGC (gly), And CCG, CCA or CCT (pro), thus removing rare codons. In the case of the synthetic gene exemplified below (SEQ ID NO: 1) and FIG. 14, this resulted in a total of 139 silent mutations that produced 62 new general codons (11% of the total). The first 8 nucleotides shown in FIG. 14 form part of the ribosome binding site and are therefore not encoded. The coding sequence begins with a methionine residue indicated by an upward arrow. This coding sequence and very similar sequences, for example sequences having at least 90% similarity, preferably 95% similarity, form a preferred embodiment of the present invention.
[0064]
Another useful property that can be used when generating a synthetic assembly is the introduction of new unique restriction sites. These sites make gene mutagenesis, in particular combinatorial alkaset mutations easier and more efficient. Specifically, it may be desirable to create a unique restriction site in the cDNA encoding subdomain B in the enzyme. In addition, it may be advantageous to create a unique restriction site at the 3 'end of the gene to allow easy fusion and / or removal of the peroxome target sequence.
[0065]
In the examples that follow, nine new unique restriction sites have been engineered (mostly the third in the middle of the gene), and a unique Hind III site is created at the 3 'end of the gene, allowing simple C-terminal fusions. (FIG. 12).
[0066]
Finally, the use of synthetic genes allows for the introduction of mutations to increase the thermal stability of the gene product or otherwise modify the product properties as desired. For example, in the examples that follow, three mutations that are not silent were engineered to introduce thermostable amino acid changes T214C, E354K, and D357F into the polypeptide.
[0067]
The nucleic acid of the present invention is appropriately introduced into an expression vector such as a plasmid under the control of regulatory elements such as a promoter, enhancer, and terminator. These vectors then allow the cells to express the desired luciferase enzyme in order to transform host cells, eg prokaryotic or eukaryotic cells such as plant or animal cells, in particular prokaryotic cells such as E. coli. Can be used for The luciferase enzyme will be produced by culturing the cells thus transformed using conditions well known in the art. This can then be separated from the culture medium. When the cells are plant cells or animal cells, plants or animals can be propagated from the cells. Therefore, protein can be extracted from plants, and in the case of transgenic animals, protein can be recovered from milk. Vectors, transformed cells, transgenic plants and animals, and methods of producing enzymes by culturing these cells all form other aspects of the invention.
[0068]
The Photinus pyralis D357Y mutant luciferase was generated by random mutagenesis as described below. A mutation at one point in D357Y produced a large color shift in the wavelength of the emitted light and was found to be more thermostable than wild type luciferase. Further investigation reveals that a range of substitutions at this position produces excellent thermal stability and / or large color shifts.
[0069]
Specific examples of mutants of Photinus pyralis that fall within the scope of the present invention include the following, or any equivalent of these other luciferases.
[0070]
[Table 1]
[0071]
The mutation for preparing the mutant was introduced into the luciferase gene on the plasmid pET23 by site-directed mutagenesis, (PCR) or combinatorial alkaset mutation. The oligonucleotides added to the PCR reaction to make the appropriate mutations are shown below.
[0072]
It has been previously reported that the effects of point mutations at positions 354 and 215 are additive. The present invention provides the possibility of combining three or more such mutations to provide high thermal stability in mutant enzymes with large color shifts.
[0073]
The luciferase proteins of the present invention may be advantageously used in any bioluminescence assay that uses the luciferase / luciferin reaction as a signal means. There are many such assays known in the literature. Thus, this protein will be included in kits made for the purpose of performing such assays. Optionally, luciferin and any other reagents required to perform a particular assay are also included.
[0074]
The present invention will now be described in detail by way of example with reference to the accompanying drawings.
[0075]
FIG. 1 is a logarithmic graph showing% residual activity versus time of incubation of several mutant enzymes according to the invention at 45 ° C.
[0076]
FIG. 2 shows the spectral peaks obtained by incubating E. coli cells expressing the luciferase enzyme in citrate buffer with D-luciferin. In this case, the enzymes used were (a) recombinant wild-type Photinus pyralis luciferase, (b) D357K mutant, (c) D357N mutant, (d) D357W mutant, (e) D357I mutant, (f) D357F mutant, (g) D357Y mutant, and (h) double mutant E354I + D357Y.
[0077]
FIG. 3 is a graph showing% residual activity vs. time for three mutant enzymes E354I, D357Y and double mutant (DM) E354I / D357Y.
[0078]
FIG. 4 shows the emission spectra of (a) recombinant wild-type enzyme and (b) double mutant (DM) E354I / D357Y.
[0079]
FIG. 5 is a graph showing the rate decay of photon luminescence of recombinant wild type (♦) r-wt and D357K mutant enzyme (■).
[0080]
FIG. 6 shows a molecular model diagram showing possible CoA binding pockets in the luciferase enzyme.
[0081]
FIG. 7 shows mutant P. a. Grown on (a) LB, (b) grown on minimal medium and sodium acetate, (c) grown on minimal medium and glucose. Figure 2 shows in vivo bioluminescence spectra emitted by E. coli cells expressing pyralis luciferase D357Y.
[0082]
FIG. 8 shows mutant P. (a) grown on LB, (b) grown on minimal medium and sodium acetate, (c) grown on minimal medium and glucose. Figure 2 shows in vivo bioluminescence spectra emitted by E. coli cells expressing Pyralis luciferase E354K / D357M.
[0083]
FIG. FIG. 6 is a graph showing the effect of CoA on the spectral distribution of light emitted by pyralis luciferase D357Y.
[0084]
FIG. FIG. 6 is a graph showing normalized data of the effect of CoA on the spectral distribution of light emitted by pyralis luciferase D357Y.
[0085]
FIG. 12 is a graph showing the effect of CoA (FIG. 11a) and normalized data (FIG. 11b) on the spectral distribution of light emitted by pyralis luciferase E354I / D357Y.
[0086]
FIG. 12 shows the restriction site modifications used in the construction of the synthetic luciferase gene.
[0087]
FIG. 13 shows the construct used in the synthesis of the luciferase gene.
[0088]
FIG. 14 begins with the synthetic luciferase gene cDNA sequence (SEQ ID NO: 1), which forms part of the ribosome binding site and includes non-coding nucleotides 1-8, and a methionine residue indicated by an upward arrow. Shows the encoded amino acid sequence (SEQ ID NO: 2).
[0089]
FIG. 15 shows the thermal stability at 50 ° C. of mutants, including mutants encoded by synthetic genes.
[0090]
Example 1
Identification and characterization of mutant luciferases
Error-pron PCR [M. Fromt et al., Anal. Biochem. (1995) 224, 347-353], two libraries of firefly (Photinus pyralis) luciferase were prepared. One library consisting of error-pron PCR products of the full-length luc gene was cloned into the T7 expression system pET23a (Novagen Inc., Madison, WI, USA). A second library of error-pron PCR products of a short fragment of the luc gene covering 199-35 amino acids was cloned into the vector pBSK (+) (Stratagene, La Jolla, CA, US). A).
[0091]
The pET23a library was expressed in E. coli strain BL21 (DE3) (E. coli B F dcm opt hsdS (rB −mB −) Galλ (DE3)).
[0092]
The pBSK (+) library was transferred to HB101 E. coli cells (supE44 aral4 galK2 lacY1 Δ (gpt-proA) 62 rpsL20 (Strr) Xyl-5 mtl-1 recAl3 Δ (mrcC-mrr) HsdS−(R−m−)). Both pET23a and pBSK (+) carry the gene for β-lactamase and confer ampicillin resistance to E. coli cells carrying this plasmid.
[0093]
BIORAD E.I. The generated library was transformed with the generated library by electroporation using E. coli Pulser and grown overnight at 37 ° C. on LB agar containing ampicillin at a concentration of 50 μg / ml. Cells were transferred to nylon membranes (Osmonics, Minnetonka, Minnesota, USA) and sprayed with luciferin solution (500 μM D-luciferin, potassium salt in
[0094]
The colonies were then selected for thermal stability. Colonies were selected based on the brightness of the emitted light and isolated for further characterization. In some screens, E. coli colonies were incubated at 42 ° C. for 2 hours prior to selection, so that thermostable mutants could be selected. Colonies isolated from the initial selection were mounted on nylon membranes and grown overnight on LB medium containing ampicillin. Patches were sprayed with luciferin solution and observed in AlphaImager ™. This second selection helped positively identify clones for in vitro analysis of luciferase activity. E. coli clones expressing potential thermostable enzymes were assayed in vitro for luciferase activity and thermostability.
[0095]
In vitro assays for luciferase activity were performed at room temperature using the Promega Luciferase Assay System (Promega Corporation, Madison, Wis., USA).
[0096]
The luciferase reaction was initiated by adding 10 μl of crude cell extract to Promega Luciferase Assay Cocktail (diluted 1: 2). The resulting bioluminescence was measured using a Biotrace M3 luminometer.
[0097]
Promega technical bulletin no. Crude cell extracts were prepared as described in 101. Cell culture lysis reagent (25 mM trisphosphate pH 7.8, 2 mM dithiothreitol (DTT), 2
[0098]
The properties of the enzyme were further tested in a time-dependent inactivation experiment. Eppendorf tubes containing 50 μl aliquots of crude cell extract were incubated at a given temperature in a water bath. At several time points set, the tubes were removed and cooled on ice before the assay. Residual luciferase activity was expressed as a percentage of the original activity.
[0099]
Plot a logarithmic graph of% residual activity versus incubation time, t1/2Used to calculate the value. T1/2Is the time it takes for an enzyme to lose 50% of its original activity after incubation at a given temperature. From the logarithmic graph of time against% residual activity, T in the crude extract at 37 ° C.1/2Values (time for activity to fall to 50% of original activity) were determined (not shown).
[0100]
Plasmid DNA from an E. coli clone expressing the most thermostable luciferase determined as described above was sequenced to determine the mutation responsible for the enzyme thermostability.
[0101]
Plasmid DNA was made using the QIAGEN QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN Ltd, Crawley, W. Sussex, UK) followed by a protocol for using microcentrifugation (
[0102]
All DNA sequencing was performed using the ABI PRISM ™ 377 DNA Sequencer and the dideoxy chain termination method [F. Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. Brach using an ABI PRISM ™ BigDye ™ Terminator Cycler Sequence Ready Reaction Kit (Perkin Elmer Applied Biosystems) based on A 74, (1977) 5463-5467].nix, Cambridge, UK.
[0103]
As a result of this work, a novel mutant D357Y was identified.
[0104]
Crystal structure of luciferase [E. Conti et al., Structure 4 (1996) 287-298] that position 357 is close to the surface of the protein and is close to position 354, which may affect both thermal stability and spectral properties. Indicates. This indicates that this region may be important in terms of enzyme thermal stability.
[0105]
D357Y is a very thermostable variant, the most thermostable luciferase, with only one amino acid change.
[0106]
Example 2
Site-specific mutations to generate other 357 mutants
To evaluate the different mutants at position 357, site-specific mutations were performed using the Stratagene QuikChange ™ Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene, La Jolla, Calif., USA). Plasmid pPW601a J54 (PJW, MoD Report, 3/96) was used in all site-specific mutations. All products of the mutagenesis reaction were purified from E. coli strain XL1-Blue [e14−(McrA−) Δ (mcrCB-hsdSMR-mrr) 171 endA1 supE44 thi-1 gyrA96 relAl lac recB recJ sbcC umuC :: Tn5 (Kanr) UvrC [F'proAB laclqzΔm15 Tn 10 (Tetr) Amy Camr] Was transformed. Sigma-Genosys Ltd. , Cambridge, UK to synthesize oligonucleotide primers and the intelligent doping system [A. R Arkin et al., Bio-technology, (1992) 10, 297-300, W,. Hung et al., Anal. Biochem. (1992) 10, 454-457], and without using individual primers for each amino acid substitution, this was used to design degenerate oligonucleotide primers to identify potential variants. Groups were created.
[0107]
In this way, a library of amino acid substitution luciferase variants was created.
[0108]
The following oligonucleotides (and their complementary partners) were used.
[0109]
[Chemical 1]
[0110]
The library of mutants was screened for thermal stability as described above. The following equation [S. Crimie et al. Biol. Chem. 265 (1990) 18776-187779] was used to calculate the number of colonies picked.
[0111]
N = [1n (1-p)] / [1n ((n-1) / n]
Where N is the number of colonies to be selected, n is the number of possible codons at the target location and P is the probability that each codon in the mixture will be sampled for at least one selection. This calculation was based on P = 0.95. Variants obtained from site-specific mutations were assayed for luciferase activity and characterized in time-dependent heat inactivation experiments.
[0112]
Mutants that are desirable in this way include ampicillin and A260It was grown in 400 ml LB medium at 0.5. Luciferase expression was then induced by adding isopropyl β-thiogalactosidase (IPTG) to a final concentration of 1 mM. Cells were incubated for 3 hours with agitation at 30 ° C. and then harvested by centrifugation. The resulting cell pellet was purified according to the B-PER ™ protocol for Maxi-Scale Bacterial Protein Extraction, according to B-PER ™ Protein Extraction Reagent, (Pierce Chemical Company, RochTord, U.M. Resuspended in to make a crude extract. Reconstructed Sigma Protease Inhibitor Cocktail, 500 μl (Product No. P8465, Sigma, Saint Louis, Missouri, USA) was added to the B-PER ™ solution to inhibit endogenous protease. The cell lysate was then centrifuged at 30000g for 30 minutes.
[0113]
The supernatant of the crude extract was fractionated using ammonium sulfate. The fraction precipitated at saturation between 30% and 55% contained luciferase activity. This material was resuspended in 0.5 ml Tris HCl pH 8.0, 1 mM DTT and used for thermal inactivation and spectral experiments.
[0114]
Transformations D357L, T, V, W, R, I, S, K, N and F were introduced. These mutants were characterized in an in vitro heat inactivation experiment of the crude extract.
[0115]
The partially purified extract was diluted in a ratio of 1 to 11 in 50 mM potassium phosphate buffer pH 7.8 containing heat inactivated buffer: saturated
[0116]
A 110 μl aliquot of the protein solution was incubated at 40 ° C. or 45 ° C. for the set time before the assay and cooled on ice. Luciferase activity was then measured as described in Example 1 using Promega Luciferase Assay Reagent (diluted 1: 2).
[0117]
The results are shown in Tables 2 and 3 and FIG. The T1 / 2 value of the crude extract was determined at 40 ° C. (Table 2) and 45 ° C. (Table 3).
[0118]
[Table 2]
[0119]
[Table 3]
[0120]
All substitutions showed improved thermal stability compared to recombinant wild type.
[0121]
Example 3
Change in wavelength of emitted light
It was also observed that the amino acid substitution at position 357 affects the spectrum of light emitted by the enzyme in vitro. An aliquot (250 μl) of the E. coli cell culture described in Example 2 was grown overnight at 37 ° C., spun down in a microcentrifuge, and the supernatant was removed. Cells expressing different mutant luciferases were incubated in citrate buffer (pH 5.0) containing 150 μl of D-luciferin and SPECTRAmax® Microplate Spectrofluorometer, (Molecular Devices Crop. California, USA). Was used to analyze the light emitted from the in vitro reaction. For mutants D357Y, F and I, a large change in spectral peak and wavelength distribution was observed (FIGS. 2 (a)-(g)). These results are summarized in Table 4 below.
[0122]
In addition, the luminescence of the mutants in vivo was assessed visually in the dark. The D357 mutant showed various colors in its emission spectrum. In particular D357Y, F and I showed a significant shift of the emitted light to longer wavelengths.
[0123]
In some cases (eg, D357F), the change in color of the emitted light is λmaxIt seems to be due to the difference in the contribution of the visible light from different wavelengths to the spectrum as well as due to the shift of.
[0124]
[Table 4]
[0125]
Λ of in vivo luminescence of certain 357 variantsmaxFor comparison, recombinant wild-type (r-wt) enzyme was used. D357Y, F and I showed a significant shift in their wavelength maximum.
[0126]
Example 4
Properties of enzymes in the presence or absence of CoA
D357Y was partially purified by ammonium sulfate precipitation as described in Example 1. This partially purified D357Y enzyme (5 μl) was mixed with 150 μl of Promega Luciferase Assay Reagent. Other aliquots are free of CoA (25 mM tristolysin pH 7.8, 5.0 mM MgSO4, 0.1 mM EDTA, 2 mM DTT, 470 μM D-luciferin, 530 μM ATP) and mixed with equivalent assay buffer. The emission spectra of the two reactants were measured. This is shown in FIGS.
[0127]
These spectra show significant differences in bioluminescence in the presence or absence of CoA, and λmaxIndicates a significant shift. The effect of CoA on the kinetics of the luciferase reaction can also be seen by the difference in RLU scale (RLU—relative light units).
[0128]
This difference in luminescence creates the possibility of using this enzyme in assays to detect the presence of CoA.
[0129]
Example 5
Production and properties of double mutants
A double mutant of E354I + D357Y was engineered to investigate any cumulative effects on thermal stability and luminescence color using site-specific mutations as described in Example 2.
[0130]
Dilute partially purified double mutant E354I + D357Y at a ratio of 1 to 11 in heat inactivated buffer: 50 mM potassium phosphate buffer pH 7.8 containing 10% saturated
[0131]
A 110 μl aliquot of the protein solution was incubated at 40 ° C. or 45 ° C. for the set time before the assay and cooled on ice. Luciferase activity was then measured as described above using Promega Luciferase Assay Reagent (diluted 1: 2).
[0132]
The double mutant showed a significant increase in thermal stability compared to the single mutants E354I and D357Y, respectively (see FIG. 3). Thermal inactivation experiments of the partially purified double mutant confirmed the increased thermal stability of this mutant, which was 7.7 min t after inactivation at 45 ° C.1/2A value was given.
[0133]
Compared to the individual variants of E354I and D357Y, this double variant showed deeper red emission and was shown to be additive in the color of the emission.
[0134]
Using the assay buffer described in Example 3, the emission spectra of the crude extract of recombinant wild type and double mutant E354I + D357Y were also measured.
[0135]
The emission spectrum measured in vivo is 611 nm λmaxGave. However, this spectrum greatly contributes to the emission from the red region of the wavelength and gives a deeper red appearance when visualized with the naked eye. The emission spectrum of the crude extract showed a clear change in spectral shape and a 44 nm wavelength shift compared to rWT (see FIG. 4).
[0136]
The emission spectrum of the double mutant in vivo shows both sharpening the peak wavelength bandwidth of emission (613 nm) and reducing the contribution of light wavelength in the range of 540-560 nm.
[0137]
The dramatic effect of these mutations demonstrates the importance of this enzyme to the bioluminescent color of this region.
[0138]
Example 6
Improved photon flow
The in vivo bioluminescence of E. coli cells expressing mutant D357K was observed to be very bright compared to other mutants at this position. The flash kinetics of this enzyme was analyzed using a photometer that can measure the rate of photon emission in time. An aliquot of an E. coli cell-free extract containing recombinant wild-type enzyme or mutant D357 was added to a luciferase assay cocktail that did not contain any reagents (eg, coenzyme A) that facilitated glow kinetics. The rate of decay of photon emission at time (15 seconds) was measured for both enzymes and mutant D357K was observed to be significantly slower (FIG. 4). In other words, the mutant enzyme has a reaction kinetic that is inhibited to a lesser extent than the recombinant wild-type enzyme for at least the first 15 seconds of the reaction.
[0139]
Example 7
Combinatorial alkaset mutation at positions E354 and D357
Construction of plasmid pPW601aJ54 for cassette mutation
Two new unique restriction sites were introduced into the luc gene in plasmid pPW601a / J54 using two pairs of synthetic oligonucleotides (see below). A total of 6 silent mutations were introduced into the SpeI and KpnI restriction sites in this gene separated by 63 base pairs. The plasmid containing these new sites was called pPW601aJ54SpeI / KpnI. The presence and proximity of these restriction sites makes it possible to explore the effects of random substitutions at amino acid positions E354 and D357 in the main sequence of firefly luciferase using combinatorial alkaset mutations.
[0140]
[Chemical 2]
[0141]
Nucleotides highlighted in bold lines form an endonuclease recognition site, and those in the upper case form the location of the point mutations necessary to create this site.
[0142]
Cassette design and library construction
A pair of synthetic oligonucleotides was synthesized. This oligonucleotide was then annealed to create a double stranded cassette that could be directly ligated to the plasmid pPW601aJ54SpeI / KpnI digested with the new restriction sites. This cassette was designed so that all possible combinations of the 20 naturally occurring amino acids could be introduced at positions E354 and D357 in this primary sequence.
[0143]
[Chemical Formula 3]
2 μg of each of the loop library oligonucleotides was mixed in a buffer containing 50 mM Tris-HCl pH 7.4, 25 mM NaCl and heated to 100 ° C. for 3 minutes. The solution was then slowly cooled to <50 ° C. in a heating block to anneal the complementary sequence. The annealed oligonucleotide was then ligated into plasmid pPW601aJ54SpeI / KpnI and digested with SpeI and KpnI. An aliquot of this ligation reaction was then used to transform E. coli HB101 cells using electroporation. After electroporation, the transformed cells were placed on LB agar plates containing 50 μg / ml ampicillin and grown overnight at 37 ° C. The next day, 869 colonies were randomly picked from the plate and used to inoculate 96 square well plates (Beckman) with 1 ml of LB containing ampicillin. The plate was covered and the cells were grown overnight at 37 ° C. with shaking.
[0144]
In vivo selection of randomly selected clones
The next morning, 50 μl aliquots of stationary phase overnight cultures were transferred to two clear plastic round bottom 96 well microtiter plates (Dynex). One plate was covered and incubated on a heated block for 8 minutes (block surface temperature 45 ° C.), while the other block was kept at 37 ° C. Then 50 μl of 100 mM sodium citrate buffer (pH 5.0) containing 0.5 mM D-luciferin is added to the wells and then the plate is transferred to a video camera imager system (Alpha Imager) both in vivo. The luciferase activity in the cells from the plate was detected and recorded at room temperature. The light emitted by the heated and conditioned culture was integrated over 1-2 minutes and the image was recorded on thermal paper film.
[0145]
By determining the brightness of the image recorded on the film, 79 cultures that showed the greatest bioluminescence were selected for the second round of sorting. This time the culture was incubated for 16 minutes on the heating block prior to the assay. Of the 55 clones selected from the in vivo thermostability selection, 25 were selected for in vivo spectral analysis. These clones were grown overnight at 37 ° C. in LB, and 200 μl of the overnight culture was centrifuged the next morning, and the E. coli cell pellet was centrifuged in 100 mM sodium citrate buffer (pH 5) containing 0.5 mM D-luciferin. 0.0) Resuspended in 150 μl. The resuspended cells were then placed in a white plastic microtiter plate and the in vivo bioluminescence spectrum emitted by each of the mutant luciferases was analyzed using a Molecular Devices Spectramax, 96-well plate fluorometer. And analyzed. The results are summarized in Table 1 below.
[0146]
Mutation identification
Plasmid DNA was prepared from 25 clones selected by in vivo selection and sequenced using gene specific sequencing primers. Mutations that resulted in amino acid changes at positions 354 and 357 in the primary sequence were identified. One mutant resulted in an amino acid substitution at position I351 (Table 5).
[0147]
[Table 5]
[0148]
Several mutant luciferases were selected from thermostable in vivo assays. Most of these luciferases also showed a large change in the in vivo spectrum of emitted light, and many showed a greater contribution from the long wavelength of light (> 580 nm). Some spectra show a very narrow bandwidth around a single peak at 610-614 nm.
[0149]
Replacement of E354 and D357 with hydrophobic and aromatic amino acids, respectively (eg, E354V, D357Y) results in a large change in the spectrum in vivo, showing a narrow bandwidth unit peak around 612 nm.
[0150]
Example 8
In vivo screening for thermal stability
Cell-free extracts of selected clones were prepared by lysis and the thermostability of luciferase from each extract was measured in a heat inactivation experiment. 50 μl of each extract was placed in an Eppendorf tube and incubated in a water bath heated to 45 ° C. for 4, 9 and 16 minutes. Aliquots were taken at appropriate time points and residual luciferase activity was measured. Table 6 shows the% remaining activity versus time for all mutant enzymes and recombinant wild type.
[0151]
These results show that the most thermostable luciferase is an aromatic amino acid (Y, F or W) at position 357 and a large hydrophobic (V or I), polar (N) or positively charged at position 354. Is a luciferase having a (K or R) amino acid.
[0152]
[Table 6]
[0153]
Example 9
Influence of growth conditions on the in vivo spectrum of emitted light.
The effect of different carbon sources on the spectrum of light emitted from E. coli BL21 (DE3) cells expressing mutant luciferase E354K + D357M (7 described above) was examined.
[0154]
50 ml cell cultures were grown on LB medium to mid-log phase and then harvested by centrifugation. The cell pellet is resuspended in 1 ml sterile distilled water, and then a 100 ul aliquot of this suspension is used to add 5 ml fresh LB, M9 minimal medium + 2 mM sodium acetate or M9 minimal medium + 2 mM glucose into a 25 ml sterile tube. Vaccinated. The culture was continued to grow at 37 ° C. with shaking, and after 90 minutes (D357Y) and 120 minutes (enzyme 7), 200 ul aliquots of cells were taken and centrifuged, and 100 mM containing 0.5 mM D-luciferin was added. Resuspended in 150 ul of sodium citrate buffer (pH 5.0). The resuspended cells were then placed in microtiter plates and the in vivo spectrum of bioluminescence emitted by each of the mutant luciferases was analyzed using a Molecular Devices Spectramax, 96 well plate fluorimeter. The results are shown in FIGS.
[0155]
These results show that from enriched medium (LB) (Figures 7a, 8a) to limited minimal medium with either acetate (Figures 7b, 8b) or glucose (Figures 7c, 8c) as the only carbon source. The change indicates that the emitted light shifts to longer wavelengths and reduces the contribution from shorter wavelengths.
[0156]
Example 10
Purification and spectral characterization of recombinant wild-type and mutant luciferases
Recombinant wild type Phototinus pyralis enzyme and mutant luciferases D357Y and E354I + D357Y were purified to homogeneity to analyze the effect of cofactor coenzyme A on the spectrum of the bioluminescent reaction. All three luciferases were purified as fusions to the 143 amino acid carbohydrate binding module (CBM) from the anaerobic fungus Pyromyces equii. This CBM has been shown to selectively bind to acid-swellable cellulose and soluble carbohydrates galactomanan and glucomanan, forming the basis for a simple single-step affinity purification scheme.
[0157]
Luciferase fused to CBM was able to bind to cellulose in the crude cell-free extract, which was washed and then selectively eluted using soluble polysaccharide. The fusion protein thus purified was used in the assay to measure the wavelength of light emitted in reactions containing different amounts of coenzyme A. 100 μl of assay reagent containing different amounts of coenzyme A (25 mM tristolysin pH 7.8, 5.0 mM MgSO4, 0.1 mM EDTA, 530 μM ATP and 470 μM D-luciferin) was added enzyme (5 μl). FIGS. 9-11 show the effect of increased coenzyme A concentration on the spectrum of light emitted by purified luciferases D357 and E354I + D357Y.
[0158]
In vivo assays of the spectrum of bioluminescence emitted by E. coli cells fused to the C-terminus of the fungal CBM and expressing firefly luciferase do not show any significant difference from the cells expressing the original luciferase. It was. Similarly, the in vitro assay of the bioluminescence spectrum emitted by a commercial product of purified recombinant luciferase (Promega) was identical to the spectrum emitted by the fusion protein.
[0159]
Therefore, the observed difference is associated with the CoA concentration. As the coenzyme A concentration increases, the spectral distribution changes, and at the maximum CoA concentration, the spectrum is predominantly in the 590-630 nm region with a distinct peak at 610 nm. The spectral shift is most pronounced for the double mutant, with a significant narrowing of the bandwidth around the only peak at a wavelength of 610 nm (FIG. 11).
[0160]
Example 12
Production of synthetic Phototinus pyralis luciferase mutated to have 214C / 354K / 357F
A synthetic luc gene was designed and assembled from oligonucleotide pairs using the synthetic strategy described above. The gene sequence was engineered to produce luciferase with amino acids 214C, 354K and 357F.
[0161]
29 pairs of overlapping synthetic oligonucleotides were synthesized by Sigma-Genosys Ltd, purified by PAGE and ligated into three assemblies of approximately 550 bp (
[0162]
The ligated DNA was then used to transform E. coli XL1-Blue cells and clones expressing the active enzyme were selected using in vivo assays. Several clones were selected and sequenced to confirm the presence and fitness of the synthetic luc gene having the sequence shown in FIG. The complete ORF was called IDRIS (FA).
[0163]
A synthetic gene was assembled between the BamH I and Sal I sites in the polylinker in the vector pBSK (+). In this position, the gene is not in frame with the alpha peptide and is at a considerable distance from the lac promoter. However, sufficient luciferase has been produced to allow preliminary characterization of the enzyme. A crude cell-free extract of E. coli XL1-Blue cells expressing IDRIS (FA) was prepared from those cultured overnight using the Promega lysis method.
[0164]
The thermostability of the enzyme in the extract was then tested at 50 ° C. for 20 minutes and compared to the thermostable mutant E354I + D357Y. The triple mutant with optimized new codons was significantly more thermostable than the mutant E354I + D357Y (FIG. 15).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a logarithmic graph showing% remaining activity vs. time of incubation of several mutant enzymes according to the invention at 45 ° C.
FIG. 2 (a) shows the spectral peaks obtained by incubating E. coli cells expressing luciferase enzyme in citrate buffer with D-luciferin. The enzyme used was recombinant wild-type Photinus pyralis luciferase.
FIG. 2 (b) shows the spectral peaks obtained by incubating E. coli cells expressing the luciferase enzyme in citrate buffer with D-luciferin. The enzyme used is the D357K mutant.
FIG. 2 (c) shows the peak of the spectrum obtained by incubating E. coli cells expressing the luciferase enzyme in citrate buffer with D-luciferin. The enzyme used is a D357N mutant.
FIG. 2 (d) shows the spectral peaks obtained by incubating E. coli cells expressing the luciferase enzyme in citrate buffer with D-luciferin. The enzyme used is the D357W mutant.
FIG. 2 (e) shows the spectral peaks obtained by incubating E. coli cells expressing the luciferase enzyme in citrate buffer with D-luciferin. The enzyme used is the D357I mutant.
FIG. 2 (f) shows the spectral peaks obtained by incubating E. coli cells expressing luciferase enzyme in citrate buffer with D-luciferin. The enzyme used is the D357F mutant.
FIG. 2 (g) shows the spectral peaks obtained by incubating E. coli cells expressing the luciferase enzyme in citrate buffer with D-luciferin. The enzyme used is the D357Y mutant.
FIG. 2 (h) shows the spectral peaks obtained by incubating E. coli cells expressing luciferase enzyme in citrate buffer with D-luciferin. The enzyme used is the double mutant E354I + D357Y.
FIG. 3 is a graph showing% residual activity versus time for three mutant enzymes E354I, D357Y and double mutant (DM) E354I / D357Y.
FIG. 4 (a) shows an emission spectrum of the recombinant wild-type enzyme.
FIG. 4 (b) shows an emission spectrum of double mutant type (DM) E354I / D357Y.
FIG. 5 is a graph showing rate decay of photon luminescence of recombinant wild type (♦) r-wt and D357K mutant enzyme (■).
FIG. 6 shows a model diagram of the molecule showing possible CoA binding pockets in the luciferase enzyme.
FIG. 7a: Mutant P. cerevisiae grown on LB. Figure 2 shows the in vivo bioluminescence spectrum emitted by E. coli cells expressing Pyralis luciferase D357Y.
FIG. 7b: Mutant P. mori grown on minimal medium and sodium acetate. Figure 2 shows the in vivo bioluminescence spectrum emitted by E. coli cells expressing Pyralis luciferase D357Y.
FIG. 7c: Mutant P. mori grown on minimal medium and glucose. Figure 2 shows the in vivo bioluminescence spectrum emitted by E. coli cells expressing Pyralis luciferase D357Y.
FIG. 8 (a) Mutant P. groWth grown on LB. Figure 2 shows in vivo bioluminescence spectra emitted by E. coli cells expressing Pyralis luciferase E354K / D357M.
FIG. 8 (b): Mutant P. mori grown on minimal medium and sodium acetate. Figure 2 shows in vivo bioluminescence spectra emitted by E. coli cells expressing Pyralis luciferase E354K / D357M.
FIG. 8 (c). Mutant P. mori grown on minimal medium and glucose. Figure 2 shows in vivo bioluminescence spectra emitted by E. coli cells expressing Pyralis luciferase E354K / D357M.
FIG. 9 FIG. 5 is a graph showing the effect of CoA on the spectral distribution of light emitted by Pyralis luciferase D357Y.
FIG. 10 FIG. 5 is a graph showing the effect of CoA on the spectral distribution of light emitted by Pyralis luciferase D357Y.
FIG. 11 (a). FIG. 6 is a graph showing the effect of CoA on the spectral distribution of light emitted by Pyralis luciferase E354I / D357Y.
FIG. 11 (b). FIG. 6 is a graph showing the effect of CoA on the spectral distribution of light emitted by Pyralis luciferase E354I / D357Y and normalized data.
FIG. 12 shows the restriction site modifications used in the construction of the synthetic luciferase gene.
FIG. 13 shows the construct used in the synthesis of the luciferase gene.
FIG. 14: cDNA sequence of the synthetic luciferase gene (SEQ ID NO: 1) (forms part of the ribosome binding site and includes non-coding nucleotides 1-8) and encoding starting with the methionine residue indicated by the up arrow The amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) is shown.
FIG. 15 shows the thermal stability at 50 ° C. of mutants, including mutants encoded by synthetic genes.
[Sequence Listing]
Claims (17)
(a) Photinus pyralis ルシフェラーゼの残基354またはLuciolaルシフェラーゼ中の残基356に対応するアミノ酸残基;
(b) Photinus pyralisルシフェラーゼ中の残基215位またはLuciolaルシフェラーゼ中の残基217位に対応するアミノ酸残基;
(c) Photinus pyralisルシフェラーゼ中の残基214、またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataもしくはLuciola lateralisルシフェラーゼの残基216に対応するアミノ酸残基;
(d) Photinus pyralisルシフェラーゼ中の残基232、またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataもしくはLuciola lateralisルシフェラーゼの残基234に対応するアミノ酸残基;
(e) Photinus pyralisルシフェラーゼ中の残基295、またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataもしくはLuciola lateralisルシフェラーゼの残基297に対応するアミノ酸残基;
(f) Photinus pyralisルシフェラーゼ中の残基14、またはLuciola mingrelicaルシフェラーゼの残基16、またはLuciola cruciataもしくはLuciola lateralisルシフェラーゼの残基17に対応するアミノ酸残基;
(g) Photinus pyralisルシフェラーゼ中の残基35、またはLuciola mingrelicaルシフェラーゼの残基37、またはLuciola cruciataもしくはLuciola lateralisルシフェラーゼの残基38に対応するアミノ酸残基;
(h) Photinus pyralisルシフェラーゼの残基105、またはLuciola mingrelicaルシフェラーゼの残基106、Luciola cruciataもしくはLuciola lateralisルシフェラーゼの残基107に対応するアミノ酸残基;
(i) Photinus pyralisルシフェラーゼの残基234、またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataもしくはLuciola lateralisルシフェラーゼの残基236に対応するアミノ酸残基;
(j) Photinus pyralisルシフェラーゼの残基420、またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataもしくはLuciola lateralisルシフェラーゼの残基422に対応するアミノ酸残基;
(k) Photinus pyralisルシフェラーゼの残基310、またはLuciola mingrelica、Luciola cruciataもしくはLuciola lateralisルシフェラーゼの残基312に対応するアミノ酸残基;
前記組換えタンパク質が、対応する野生型ルシフェラーゼのこの位置でのアミノ酸を有する酵素と比較して増大した熱安定性を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の組換えタンパク質。A recombinant protein having a mutation in at least one of the following amino acid residues as compared to wild-type luciferase:
(A) Photinus pyralis luciferase amino acid residue corresponding to residue 356 of residues 354 or Luciola in luciferase;
(B) amino acid residue corresponding to residue position 217 of Photinus pyralis residue 215 of or Luciola in luciferase in luciferase;
(C) Photinus pyralis residues in luciferase 214 or Luciola mingrelica,, amino acid residue corresponding to residue 216 of Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase;
(D) Photinus pyralis residues in luciferase 232 or Luciola mingrelica,, amino acid residue corresponding to residue 234 of Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase;
(E) Photinus pyralis residues in luciferase 295 or Luciola mingrelica,, amino acid residue corresponding to residue 297 of Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase;
(F) an amino acid residue corresponding to residue 14 in Photinus pyralis luciferase, or residue 16 of Luciola mingrelica luciferase , or residue 17 of Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase ;
(G) an amino acid residue corresponding to residue 35 in Photinus pyralis luciferase, or residue 37 of Luciola mingrelica luciferase , or residue 38 of Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase ;
(H) an amino acid residue corresponding to residue 105 of Photinus pyralis luciferase, or residue 106 of Luciola mingrelica luciferase , residue 107 of Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase;
(I) Photinus pyralis luciferase residues 234 or Luciola mingrelica,, amino acid residue corresponding to residue 236 of Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase;
(J) an amino acid residue corresponding to residue 420 of Photinus pyralis luciferase or residue 422 of Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase ;
(K) an amino acid residue corresponding to residue 310 of Photinus pyralis luciferase or residue 312 of Luciola mingrelica, Luciola cruciata or Luciola lateralis luciferase ;
4. The recombinant protein according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the recombinant protein has an increased thermal stability compared to an enzyme having an amino acid at this position of the corresponding wild type luciferase. Recombinant protein.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011083289A (en) * | 1999-10-26 | 2011-04-28 | Three M Innovative Properties Co | Mutant luciferase |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6602677B1 (en) | 1997-09-19 | 2003-08-05 | Promega Corporation | Thermostable luciferases and methods of production |
| GB9823468D0 (en) * | 1998-10-28 | 1998-12-23 | Secr Defence | Novel enzyme |
| GB0111275D0 (en) | 2001-05-09 | 2001-06-27 | Secr Defence | Analytical method and kit |
| GB2400659B8 (en) | 2003-04-17 | 2007-07-09 | Cambrex Bio Science Nottingham | Assay methods and materials |
| US7183092B2 (en) * | 2003-10-03 | 2007-02-27 | Board Of Control Of Michigan Technological University | Modified luciferase |
| GB0517005D0 (en) | 2005-08-19 | 2005-09-28 | Enigma Diagnostics Ltd | Analytical method and kit |
| JP4999341B2 (en) * | 2005-09-06 | 2012-08-15 | 株式会社バイオエネックス | Mutant firefly luciferase, gene, recombinant vector, transformant, and method for producing mutant firefly luciferase |
| GB2452457B (en) * | 2006-06-12 | 2011-05-25 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | Mutant luciferase |
| JP5188771B2 (en) | 2007-09-26 | 2013-04-24 | 株式会社日立製作所 | Mutant firefly luciferase |
| EP2326953B1 (en) | 2008-07-22 | 2018-03-21 | Promega Corporation | Adp detection based luminescent phosphotransferase or atp hydrolase assay |
| JP2011120559A (en) * | 2008-12-26 | 2011-06-23 | Kikkoman Corp | Firefly luciferase, gene thereof, and process for production of firefly luciferase |
| LT3409764T (en) * | 2009-05-01 | 2020-06-10 | Promega Corporation | SYNTHETIC OPLOPHORUS LUCIFERASE WITH ENHANCED LIGHT YIELD |
| WO2011002924A2 (en) * | 2009-06-30 | 2011-01-06 | The General Hospital Corporation | Gaussia luciferase variant for high-throughput screening |
| WO2012061477A1 (en) | 2010-11-02 | 2012-05-10 | Promega Corporation | Coelenterazine derivatives and methods of using same |
| BR112013010487B1 (en) | 2010-11-02 | 2021-02-02 | Promega Corporation | coelenterazine compounds, kit comprising said compounds and method for detecting luminescence in an in vitro sample |
| JP5896679B2 (en) * | 2011-03-15 | 2016-03-30 | オリンパス株式会社 | Large-scaled firefly luciferase |
| RU2495929C1 (en) * | 2012-05-30 | 2013-10-20 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ Институт биофизики Сибирского отделения Российской академии наук | TRUNCATED MUTANT LUCIFERASE OF Metridia longa FOR USE AS BIOLUMINESCENT REPORTER IN LIVING CELLS |
| US9927430B2 (en) | 2014-01-29 | 2018-03-27 | Promega Corporation | Pro-substrates for live cell applications |
| US9790537B2 (en) | 2014-01-29 | 2017-10-17 | Promega Corporation | Quinone-masked probes as labeling reagents for cell uptake measurements |
| US9732373B2 (en) | 2014-09-11 | 2017-08-15 | Promega Corporation | Luciferase sequences utilizing infrared-emitting substrates to produce enhanced luminescence |
| EP3204509B1 (en) | 2014-10-08 | 2019-07-10 | Promega Corporation | Bioluminescent succinate detection assay |
| RU2674894C2 (en) | 2017-01-30 | 2018-12-13 | Общество с ограниченной ответственностью "ПЛАНТА" | New luciferases and methods of their use |
| GB201805396D0 (en) * | 2018-04-01 | 2018-05-16 | Univ College Cardiff Consultants Ltd | Modified Luciferases |
| CN110456052A (en) * | 2019-08-22 | 2019-11-15 | 中国科学院武汉病毒研究所 | A rapid detection method for Treponema pallidum antibody in serum and its application |
| EP4105336A4 (en) | 2020-02-14 | 2024-04-10 | Kikkoman Corporation | LIQUID COMPOSITION FOR MEASURING ATP AS WELL AS AMP AND/OR ADP IN SAMPLES |
| CN114015664B (en) * | 2021-12-06 | 2023-07-21 | 郑州伊美诺生物技术有限公司 | Luciferase mutant and application thereof |
| CN114350627B (en) * | 2021-12-16 | 2022-08-05 | 大连博格林生物科技有限公司 | Firefly luciferase mutant and preparation method thereof |
| WO2024019165A1 (en) | 2022-07-22 | 2024-01-25 | キッコーマン株式会社 | Method and kit for detecting microorganism or cell, or detecting microorganism related substance or cell related substance |
| JPWO2024158050A1 (en) | 2023-01-27 | 2024-08-02 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3048466B2 (en) * | 1991-06-27 | 2000-06-05 | キッコーマン株式会社 | Thermostable firefly luciferase, thermostable firefly luciferase gene, novel recombinant DNA, and method for producing thermostable firefly luciferase |
| EP1978091A1 (en) * | 1994-01-03 | 2008-10-08 | Promega Corporation | Mutant luciferases |
| GB9501170D0 (en) * | 1994-03-23 | 1995-03-08 | Secr Defence | Luciferases |
| DE69633171T2 (en) * | 1995-01-20 | 2005-08-18 | The Secretary Of State For Defence, Salisbury | MUTATED LUCIFERASES |
| GB9707486D0 (en) * | 1997-04-11 | 1997-05-28 | Secr Defence | Enzyme assays |
| CA2301828A1 (en) * | 1997-09-19 | 1999-03-25 | Promega Corporation | Thermostable luciferases and methods of production |
| US6602677B1 (en) * | 1997-09-19 | 2003-08-05 | Promega Corporation | Thermostable luciferases and methods of production |
| GB9823468D0 (en) * | 1998-10-28 | 1998-12-23 | Secr Defence | Novel enzyme |
-
2000
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011083289A (en) * | 1999-10-26 | 2011-04-28 | Three M Innovative Properties Co | Mutant luciferase |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN100516223C (en) | 2009-07-22 |
| AU772485C (en) | 2004-11-18 |
| WO2001031028A3 (en) | 2002-05-02 |
| EP1224294B1 (en) | 2007-10-03 |
| CA2387691A1 (en) | 2001-05-03 |
| AU772485B2 (en) | 2004-04-29 |
| CN1413252A (en) | 2003-04-23 |
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| DE60036633T2 (en) | 2008-07-03 |
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